Физиология эндокринной системы

ФИЗИОЛОГИЯ ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ

1. Краткая сравнительная характеристика нервных и гуморальных механизмов регуляции физиологических функций

Поддержание гомеостаза, обеспечение постоянного приспособления животного организма к изменяющимся условиям существования, а также функционирование его как единой системы возможны благодаря существованию специальных механизмов регуляции процессов жизнедеятельности. Несмотря на большое разнообразие этих механизмов, в их основе лежат два основных способа регуляции физиологических функций:

Ø г у м о р а л ь н ы й  (humor – жидкость), филогенетически более древний, обеспечивается химическими веществами, которые образуются в определенных клетках, поступают во внутреннюю среду организма и через посредство ее жидкостей достигают других клеток, на которые оказывают специфическое влияние. Высшим этапом развития гуморального механизма регуляции физиологических функций в процессе эволюции стало появление специальных эндокринных желез, продуцирующих гормоны – высоко биологически активные вещества органической природы, которые с током крови доставляются к органам или тканям-мишеням и оказывают на них строго специфическое действие;

Ø н е р в н ы й, обеспечиваемый деятельностью нервной системы, способной (благодаря наличию рецепторов) воспринимать информацию об изменяющихся факторах внешней или внутренней среды организма, проводить ее в соответствующие нервные центры, где осуществляется высший анализ этой информации и выработка определенной программы действий, а также передавать эту "ответную" (эфферентную) программу к тем или иным рабочим (исполнительным) органам, деятельность которых обеспечивает поддержание гомеостаза, а также приспособление к определенным, изменяющимся в данный момент, факторам внешней среды.

Нервный механизм регуляции физиологических функций по сравнению с гуморальным является

Ø филогенетически более молодым,

Ø он же более точный и тонкий (имеет определенную направленность к тем или иным тканям и даже клеткам),

Рекомендуемые материалы

Ø более быстрый (распространение нервного импульса по нервным волокнам – аксонам нервных клеток – осуществляется в сотни раз быстрее, чем доставка гуморальных регуляторов с током крови),

Ø более надежный (поскольку доставка гормона к органам – мишеням требует нормального состояния системы кровообращения и отсутствия его инактивации другими органами, а реализация эффектов гормона на ткань-мишень во многом зависит от состояния рецепторов для этого гормона),

Ø более гибкий (благодаря существованию обратных связей между центральной нервной системой и исполнительными органами или результатом их действия, что обеспечивает возможность постоянной перестройки нервных влияний на исполнительный орган не только в ответ на изменение интенсивности фактора окружающей среды, к которому осуществляется адаптация, но и в ответ на изменение деятельности самого исполнительного органа или состояние результата его действия).

Тонкая регуляция физиологических функций в сложном многоклеточном организме достигается благодаря взаимодействию и единству нервных и гуморальных механизмов регуляции процессов жизнедеятельности. Так, нервная система, постоянно получающая информацию об изменениях во внешней или внутренней среде организма, воспринимаемых специальными структурами – рецепторами, оказывает влияние на определенные исполнительные органы, деятельность которых обеспечивает приспособление организма к какому-то конкретному изменившемуся фактору среды, и возможно на собственно эндокринные железы. Вырабатываемые же последними гормоны способны самостоятельно влиять на исполнительные органы, наряду с нервными влияниями, стимулируя достижение полезного для организма приспособительного результата. Взаимосвязь нервных и эндокринных механизмов регуляции достигается как благодаря взаимодействию гипоталамуса (части промежуточного мозга, высшего вегетативного центра) с гипофизом, под регулирующим влиянием гормонов которого находятся многие периферические эндокринные железы, так и благодаря непосредственным нервным "посылкам" из центральной нервной системы к эндокринным железам.

2. Некоторые аспекты общей физиологии эндокринной системы

Определяющую роль в гуморальных механизмах регуляции физиологических функций в животном организме играют гормоны – высоко биологически активные вещества органической природы, продуцируемые эндокринными железами. Отличительной особенностью эндокринных желез от экзокринных является отсутствие выводных протоков, вследствие чего они выделяют свои секреты – гормоны – непосредственно во внутреннюю среду организма (межклеточную или тканевую жидкость, откуда гормоны поступают в кровь или лимфу). Экзокринные же железы обязательно имеют выводные протоки различной степени сложности и выделяют свои секреты в те или иные полые органы или на поверхность тела.

В организме млекопитающих животных и человека различают следующие эндокринные железы и структуры:

Ø эндокринные клетки медиобазального гипоталамуса, продуцирующие рилизинг-факторы гипоталамуса (статины и либерины), и переднего гипоталамуса, вырабатывающие вазопрессин (или антидиуретический гормон) и окситоцин

Ø гипофиз, секреторные клетки которого продуцируют тропные гормоны двух типов: эффекторные тропные (соматотропный, меланоцитстимулирующий, липотропный и пролактин) и гландулотропные (тиреотропный, адренокортикотропный и два гонадотропных гормона (фолликулостимулирующий и лютеинизирующий));

Ø эпифиз, секретирующий мелатонин (в темноте), серотонин (на свету) и около 40 белково-пептидных гормонов

Ø щитовидная железа, продуцирующая тиреоидные гормоны (трийодтиронин и тироксин) и тирокальцитонин

Ø околощитовидные железы, секретирующие паратгормон

Ø надпочечники, корковое вещество которых продуцирует кортикостероиды (минералокортикоиды, глюкокортикоиды и половые гормоны, преимущественно андрогенного типа), а мозговое вещество – катехоламины (адреналин и норадреналин)

Ø диффузные эндокринные клетки организма, формирующие в совокупности диффузную эндокринную систему (APUD-систему), продуцирующую тканевые гормоны (например, биогенные амины (брадикинин, калллидин), гастрин (пептидный гормон, синтезируемый эндокринными клетками слизистой оболочки желудка и т.д.)).

Наконец, поджелудочная железа и половые железы являются органами, выполняющими эндокринные и неэндокринные функции. Эндокринная функция половых желез состоит в продукции ими ряда половых гормонов, а поджелудочной железы – инсулина, глюкагона, соматостатина, вазоактивного интестенального полипептида и вещества Р (панкреатического полипептида).

Для всех эндокринных желез свойственны следующие морфо-функциональные особенности:

Ø характеризуются очень хорошим кровоснабжением в связи с тем, что не имеют выводных протоков и продуцируют свои секреты во внутреннюю среду организма (в конечном итоге в кровь)

Ø имеют, как правило, очень малые размеры и массу, поскольку вырабатывают гормоны в ничтожно малых количествах

Ø подобно любым неполым органам состоят из паренхимы – основы (в большинстве случаев эпителиальной природы) и соединительнотканной стромы (опоры)

Ø в процессе эмбриогенеза закладываются из всех трех зародышевых листков. Так, к железам эктодермального происхождения относится аденогипофиз, а нейроэктодермального – нейрогипофиз, эпифиз и мозговое вещество надпочечников. Щитовидная железа, околощитовидные железы и поджелудочная железа являются производными энтодермы, а корковое вещество надпочечников и половые железы – мезодермы.

Секреты эндокринных желез – гормоны – имеют органическую природу и характеризуются следующими общими признаками:

Ø высокой биологической активностью. Большинство гормонов оказывают свои эффекты на организм в ничтожно малых концентрациях. Так, 1 г инсулина достаточно для того, чтобы понизить уровень глюкозы в крови у 125 тыс. кроликов; 1 г тиреолиберина (рилизинг-фактор гипоталамуса) можно получить из 7 тонн гипоталамусов овец (от 5 млн. овец).

Ø специфичностью действия. Несмотря на то, что гормоны секретируются эндокринными клетками во внутреннюю среду организма (в конечном итоге в кровь) и, казалось бы, могут воздействовать на все его структуры, но они оказывают свои эффекты лишь на строго определенные структуры организма, имеющие рецепторы для данного гормона. Следовательно, специфичность действия гормонов достигается благодаря строгому структурному и пространственному соответствию между молекулами гормона и рецептора (они подходят друг к другу как ключ к замку).

Ø как правило, дистантностью (или телекринностью) действия. Так, большинство гормонов синтезируется определенными эндокринными клетками, поступает во внутреннюю среду организма и с током крови может уноситься на большие расстояния от места своего образования к тем или иным клеткам-мишеням. Вместе с тем некоторые гормоны способны оказывать и паракринное действие на организм. Так, тестостерон, продуцируемый клетками Лейдига семенников, наряду с тем, что поступает в общий кровоток, способен оказывать и местное действие на процесс сперматогенеза в семенных канальцах самих семенников. Соматостатин, продуцируемый d-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы, наряду с тем, что поступает в общий кровоток, оказывает и местное ингибирующее влияние на секрецию инсулина и глюкагона b- и a-клетками островка. Наконец, большинство тканевых гормонов (брадикинин, каллидин) в основном оказывают местное действие на клетки, расположенные вблизи места их секреции.

В зависимости от химической природы гормоны классифицируют на:

Ø белково-пептидные гормоны (гормоны гипоталамуса, аденогипофиза, С-клеток щитовидной железы, паращитовидных желез, островков Лангерганса поджелудочной железы)

Ø гормоны – производные аминокислот (тиреоидные гормоны и катехоламины (производные аминокислоты тирозина), серотонин и мелатонин эпифиза (производные аминокислоты триптофана))

Ø стероиды (половые гормоны и гормоны коркового вещества надпочечников (кортикостероиды)).

Свое действие на организм гормоны реализуют в конечном итоге на клеточном уровне через посредство определенных рецепторов. Клеточный рецептор к гормону представляет собой, как правило, белковую молекулу (либо в более сложном случае комплекс белка с углеводом (гликопротеид)). Локализация рецепторов к гормонам в клетках-мишенях различна и во многом зависит от химической природы гормона, а, следовательно, и его способности или неспособности проникать внутрь клетки. Так, стероидные и тиреоидные гормоны проникают через плазматическую мембрану внутрь клетки, оказывают свои эффекты на клеточном уровне через ее генный аппарат (изменение трансляции определенных генов) и соответственно рецепторы для них находятся в цитоплазме клетки-мишени и ее ядре. Таким образом, стероидные и тиреоидные гормоны, реализующие свои эффекты в основном через генетический аппарат клетки, способны влиять на экспрессию клеточного генома, а, следовательно, прежде всего на структуру клеток-мишеней (вызывать определенные морфологические и связанные с ними функциональные перестройки). Такие гормоны, реализующие свое влияние на клетку через ее геном, оказывают морфогенетическое действие на организм. Вместе с тем эти гормоны могут действовать на клетку-мишень и негеномным путем (непосредственно оказывая влияние на определенные внутриклеточные структуры, активность ферментов и состояние ионных каналов и насосов). Так, тиреоидные гормоны, наряду с влиянием на экспрессию генома в клетках-мишенях, способны оказывать и непосредственное (негеномным путем) регулирующее действие на те или иные клеточные структуры (в частности, активность Са²⁺-АТФазы саркоплазматического ретикулюма в скелетных и сердечных мышечных волокнах, активность аденилатциклазы и уровень цАМФ в мышечных волокнах, тимоцитах и эритроцитах, продолжительность нахождения потенциалзависимых Na⁺-каналов в открытом состоянии в момент деполяризации мембраны возбудимой структуры и т.д.).

Рис. 1. Взаимодействие стероидного гормона с клеткой. Транспорт стероидных гормонов во внутренней среде осуществляют специальные белки. Стероидный гормон отделяется от связывающего белка и проходит через клеточную мембрану внутрь клетки, где соединяется с рецептором. Комплекс гормона с рецептором поступает в ядро и взаимодействует со строго определенным фрагментом ДНК с последующей активацией конкретных генов

Катехоламины и большинство белково-пептидных гормонов не способны проникать внутрь клетки, в связи с чем реализуют свои эффекты на клеточном уровне через рецепторы встроенные в плазматическую мембрану и специальные внутриклеточные посредники (цАМФ, цГМФ, ионы Са²⁺, инозитолтрифосфат, диацилглицерол и т.д.). Действие большинства белково-пептидных гормонов и катехоламинов на клетку сопряжено с активацией определенных мембранносвязанных ферментов, что приводит к резкому повышению уровня соответствующих внутриклеточных посредников (вторичных мессенджеров действия гормона на клетку). Так, для катехоламинов и некоторых белково-пептидных гормонов (глюкагон, рилизинг-факторы гипоталамуса и некоторые другие) характерен аденилатциклазный механизм действия (раскрыт Сазерлендом и Робинзоном), сущность которого состоит в следующем:

1. гормон связывается с рецептором, встроенным в плазматическую мембрану

2. образовавшийся комплекс "гормон-рецептор" активирует расположенный по соседству в мембране мембранносвязаный фермент аденилатциклазу. Причем информация от комплекса "гормон-рецептор" на аденилатциклазу передается через особый регуляторный G-белок, встроенный в мембрану (этот белок активируется путем присоединения ГТФ)

3. активная аденилатциклаза катализирует превращение АТФ в 3',5'-циклическую АМФ (цАМФ), что приводит к резкому повышению уровня цАМФ в цитоплазме клетки-мишени (одна молекула связанного с рецептором гормона приводит к образованию около 500 молекул цАМФ)

4. цАМФ активирует фермент протеинкиназу путем отсоединения от нее двух ингибиторных субъединиц

5. активная протеинкиназа путем ограниченного протеолиза активирует ряд других ферментов (липазу, фосфорилазу и т.д.), что сопровождается изменением интенсивности метаболизма клетки-мишени, а, следовательно, отражается и на ее функциональном состоянии. Кроме того, цАМФ может влиять на состояние определенных ионных каналов в мембранах клетки-мишени (плазматической, саркоплазматического ретикулюма, митохондриальной), изменяя их проницаемость для тех или иных ионов

6. наконец, концентрация цАМФ в клетке контролируется фосфодиэстеразой, катализирующей распад цАМФ до неактивной АМФ, что обеспечивает дискретность действия гормона на клетку. В свою очередь, активность фосфодиэстеразы определяется комплексом ионов Са²⁺ с кальмодулином.

Рис. 2. Схема аденилатциклазного механизма действия гормонов

Внутриклеточными посредниками в действии некоторых белково-пептидных гормонов могут выступать инозитол-1,4,5-трифосфат и диацилглицерол (инозитолфосфатный механизм действия гормонов). Сущность этого механизма во многом сходна с таковой для аденилатциклазного механизма (его результатом также является активация протеинкиназы, активирующей ряд других ферментов), а отличия касаются природы вторичных посредников действия гормона:

1. гормон связывается с рецептором, встроенным в плазматическую мембрану

2. комплекс "гормон-рецептор" активирует G-белок путем присоединения к нему ГТФ

3. мембранный липид фосфатидилинозитол присоединяет две фосфатные группы и превращается в фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат

4. активный G-белок активирует фосфолипазу С, которая катализирует расщепление фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата на водорастворимый инозитол-1,4,5-трифосфат и липид диацилглицерол (внутриклеточные посредники действия гормонов)

5. водорастворимый инозитол-1,4,5-трифосфат поступает в цитозоль и вызывает высвобождение ионов Са²⁺ из внутриклеточных депо, а диацилглицерол диффундирует в липидной фазе плазматической мембраны к расположенной на ее внутренней поверхности Са²⁺-зависимой протеинкиназе С и активируя ее с участием фосфатидилсерина в качестве кофактора

6. ионизированнй кальций, концентрация которого увеличивается в цитоплазме клетки под инозитолтрифосфата, выступает в роли посредника и способен стимулировать мышечное сокращение в мышечных клетках, активировать кальций-зависимую фосфокиназу, которая путем фосфорилирования ряда внутриклеточных ферментов активирует их

7. активированная под действием диацилглицерола мембранная протеинкиназа С путем фосфорилирования активирует ряд других белков-ферментов или изменят состояние белков ионных каналов.

Рис. 3. Схема инозитолфосфатного механизма действия гормонов

Системы вторичных посредников – цАМФ и инозитолтрифосфата – явялются высокоэффективными биологическими усилителями, преобразующими реакцию между гормоном (или медиатором) и мембранным рецептором в фосфорилирование множества внутриклеточных белков (которые затем могут влиять на течение метаболических процессов и функциональные отправления клетки), а также временное повышение концентрации свободного ионизированного кальция в цитоплазме, также способного вызывать определенные метаболические и функциональные перестройки в клетке. Причем эти две тесно связанные регуляторные системы используются многими внеклеточными веществами (гормонами, медиаторами, нейропептидами и т.д.) для регуляции разнообразных внутриклеточных процессов. Так, например, путем активации инозитолфосфатного механизма действуют ацетилхолин, серотонин, АДГ и тиреотропный гормон, а впервые в онтогенезе организма рецептор системы инозитолфосфата активируется в мембране яйцеклетки спермием, и инозитолтрифосфат принимает участие в регуляторных реакциях, сопровождающих оплодотворение яйцеклетки. Аденилатциклазная и инозитолфосфатная внутриклеточные мессенджерные системы тесно взаимодействуют друг с другом, что позволяет им осуществлять тонкую регуляцию клеточных функций.

Таким образом, большинство белково-пептидных гормонов и катехоламинов способны влиять на активность ряда ключевых ферментов клетки-мишени, а, следовательно, изменять интенсивность и направленность обмена веществ в ней (т.е. вызывать метаболические и функциональные перестройки). Вместе с тем инсулин, несмотря на то, что оказывает свое действие на клетки-мишени через посредство рецепторов, встроенных в плазматическую мембрану, способен проникать внутрь клетки и влиять на скорость транскрипции, а, следовательно, и синтез определенных белков.

Продолжительность латентного (скрытого) периода действия гормона во многом зависит от механизмов его действия на клеточном уровне. В частности, эффекты белково-пептидных гормонов и катехоламинов, не связанные с активацией экспрессии генома и реализующиеся через посредство мембранных рецепторов и специальных внутриклеточных посредников, начинают проявляться спустя очень короткий латентный период (при внутривенном введении гормона – через 5-10 минут). Эффекты же тиреоидных и стероидных гормонов, предполагающие активацию клеточного генома, начинают проявляться спустя гораздо более длительный латентный период (24-48 часов и более).

Гормоны, поступившие в периферическую кровь, могут находиться в ней в двух состояниях:

Ø химически связанном виде (преимущественно с белками плазмы крови). Большая часть молекул гормона в крови, как правило, химически связана с определенными белками плазмы и представляет собой своеобразный резерв гормона, который может быть использован организмом в случае резкого повышения потребности в нем. Сами же белки плазмы крови, связывающие и транспортирующие гормоны, представляют собой как бы своеобразный буфер для них

Ø свободной форме (именно химически несвязанные молекулы гормона способны проникать в ткани и, взаимодействуя с определенными рецепторами, оказывать влияние на клетки-мишени).

Причем между химически связанной и свободной формами гормона существует состояние динамического равновесия. Так, уменьшение концентрации свободной формы гормона в крови (возникающее, например, в результате усиленного потребления его тканями) приводит к усиленному высвобождению его из химически связанного состояния и, как следствие, нормализации концентрации свободной формы гормона в циркулирующей крови.

Регуляция деятельности эндокринных желез осуществляется нервными и гуморальными механизмами. Нервные влияния, приходящие в железу по парасимпатическим и симпатическим нервным волокнам, как правило, распространяются на гладкомышечные клетки ее сосудов. Следовательно, нервная система в большинстве случаев оказывает не прямое, а косвенное влияние на секреторные клетки эндокринных желез (путем изменения уровня их кровоснабжения). Вместе с тем из этого общего правила механизмов нервной регуляции секреторной активности эндокринных желез существует два исключения. Так, симпатический отдел вегетативной нервной системы осуществляет непосредственную регуляцию активности секреторных клеток эпифиза и мозгового вещества надпочечников.

Гуморальная регуляция активности эндокринных желез может обеспечиваться разными путями. Так, ряд т.н. периферических эндокринных желез находится под регулирующим контролем гипоталамо-гипофизарной системы и, в частности, определенных тропных гормонов аденогипофиза. Например, секреция тиреоидных гормонов щитовидной железой регулируется тиреотропным гормоном, а глюкокортикоидов корой надпочечников – адренокортикотропным гормоном; функциональная активность половых желез находится под регулирующим влиянием гонадотропных гормонов (фолликулостимулирующего и лютеинизирующего). Уровень секреции этих тропных гормонов аденогипофизом, в свою очередь, зависит от

Ø содержания гормонов регулируемой периферической железы в крови

Ø влияния со стороны гипоталамуса (реализующегося через посредство рилизинг-факторов) и возможно некоторых других механизмов.

Рис. 4. Гуморальная регуляция секреторной активности щитовидной железы

Гуморальная регуляция секреторной активности некоторых эндокринных желез осуществляется прямым влиянием на клетки этих желез концентрации в крови того вещества, которую регулируют их гормоны. Так, секреция инсулина b-клетками поджелудочной железы во многом зависит от уровня глюкозы в крови (повышенная концентрация глюкозы в крови стимулирует, а пониженная – тормозит секрецию инсулина), а паратгормона – от концентрации ионов Са²⁺ в крови; секреция тропных гормонов аденогипофизом и рилизинг-факторов гипоталамусом во многом зависит от уровня гормонов регулируемой периферической эндокринной железы в крови. Наконец, на секреторную активность ряда эндокринных желез могут оказывать влияние различные гуморальные факторы, содержащиеся в периферической крови. Например, секреция катехоламинов мозговым веществом надпочечников стимулируется глюкокортикоидами, присутствующими в притекающей к ним артериальной крови.

Рис. 5. Механизм гуморальной регуляции секреторной активности околощитовидных желез

Все компоненты эндокринной системы с учетом характера взаимоотношений между ними можно классифицировать следующим образом:

Ø центральные регуляторные образования

ü нейросекреторные ядра гипоталамуса

· ядра переднего гипоталамуса

· ядра медиобазального гипоталамуса

ü гипофиз (адено- и нейрогипофиз)

ü эпифиз

Ø периферические эндокринные железы

ü щитовидная железа

ü околощитовидные железы

ü надпочечники (мозговое и корковое вещество надпочечников)

Ø органы, объединяющие эндокринные и неэндокринные функции

ü поджелудочная железа

ü половые железы (яичники и семенники)

ü плацента (временное образование)

Ø одиночные гормонопродуцирующие клетки, формирующие в своей совокупности диффузную эндокринную систему (APUD-систему).

Периферические эндокринные железы и структуры, в свою очередь, в зависимости от того, регулируются ли их секреторная активность непосредственно гипоталамо-гипофизарной системой (определенным тропным гормоном гипофиза) или не регулируется, классифицируют на две группы:

Ø аденогипофиззависимые железы и структуры

ü фолликулярные клетки щитовидной железы, продуцирующие тиреоидные гормоны (их секреторная активность находится под контролем тиреотропного гормона гипофиза – ТТГ)

ü пучковая и сетчатая зоны коры надпочечников, секреторные клетки которых продуцируют глюкокортикоиды и небольшое количество половых гормонов (их секреторная активность находится под контролем адренокортикотропного гормона гипофиза – АКТГ)

ü эндокринные структуры половых желез, вырабатывающие половые гормоны (находятся под регулирующим влиянием гонадотропных гормонов аденогипофиза – фолликулостимулирующего (ФСГ) и лютеинизирующего (ЛГ))

Ø аденогипофизнезависимые железы и струткуры

ü С-клетки щитовидной железы, вырабатывающие тирокальцитонин

ü околощитовидные железы, продуцирующие паратгормон

ü клубочковая зона коры надпочечников, секретирующая минералокортикоиды

ü мозговое вещество надпочечников, вырабатывающее катехоламины

ü эндокринная часть поджелудочной железы (островки Лангерганса), продуцирующая инсулин, глюкагон, соматостатин и некоторые другие гормоны

ü эндокринные структуры плаценты

Вместе с тем необходимо отметить, что такое разделение периферических эндокринных желез на зависимые и независимые от аденогипофиза, является во многом условным. Так, секреторная активность b-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, вырабатывающих инсулин, непосредственно тропными гормонами аденогипофиза не регулируется, но косвенно, например, зависит от уровня соматотропного гормона в периферической крови. Дело в том, что одним из отсроченных и продолжительных эффектов соматотропного гормона на организм является стимуляция гликогенолиза (расщепления гликогена) в печени и связанное с этим усиленное поступление глюкозы в периферическую кровь; одновременно данный гормон уменьшает проницаемость мембран клеток периферических тканей для глюкозы. Оба этих эффекта соматотропного гормона на углеводный обмен приводят к повышению концентрации глюкозы в периферической крови, что в свою очередь является стимулом для усиления секреции инсулина b-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы.

Таким образом, гипоталамо-гипофизарная система, выступая в роли своеобразного центра в эндокринной системе, посредством своих гормонов может оказывать как прямое, так и косвенное регулирующее влияние на функциональную активность большинства других эндокринных желез организма, называемых периферическими.

3. Морфо-функциональная характеристика гипоталамо-гипофизарной системы

Гипоталамо-гипофизарная система является своеобразным центром в эндокринной системе. С морфологической точки зрения она представлена:

Ø нейросекреторными ядрами гипоталамуса (часть промежуточного мозга), продуцирующими определенные гормоны

Ø гипофизом (эндокринная железа).

Нейросекреторные ядра гипоталамуса образованы скоплением нейросекреторных клеток, объединяющих в себе функции нервных и эндокринных клеток. В частности, для таких клеток характерно:

Ø типичное нейронное строение (имеют тело и отростки двух типов – дендриты и аксон);

Ø с ними вступают в синаптический контакт многие другие нейроны центральной нервной системы (самого гипоталамуса, таламуса, коры больших полушарий, базальных ганглиев, ретикулярной формации и т.д.);

Ø они способны к суммарной обработке поступающей к ним информации и генерации и проведению нервных импульсов.

Но в отличие от типичных нервных клеток и подобно эндокринным клеткам такие нейросекреторные клетки гипоталамуса способны к синтезу и секреции во внутреннюю среду организма определенных биологически активных веществ. Причем аксоны нейросекреторных клеток образуют синапсы непосредственно на капиллярах (аксовазальные синапсы) и через посредство этих синапсов и секретируют свои гормоны прямо в кровь; обычно секреция гормона в синаптическую щель аксовазального синапса инициируется приходящим к персинаптическому окончанию аксона нейросекреторной клетки нервным импульсом (т.е. осуществляется подобно секреции медиатора типичными нейронами).

Нейросекреторные ядра гипоталамуса залегают в двух его областях:

Ø переднем гипоталамусе (супраоптическое и парвентрикулярное ядра, продуцирующие вазопрессин (или антидиуретический гормон) и окситоцин)

Ø медиобазальном или срединном гипоталамусе (дорсо- и вентромедиальное, вентрикулярное, аркуатное и некоторые другие ядра, нейросекреторные клетки которых вырабатывают рилизинг-факторы гипоталамуса).

Рис. 6. Схема эмбрионального развития (А) и строения (Б) гипофиза

Гипофиз является эндокринной железой (имеет овоидную форму, масса 0,5-0,6 г, размеры: вертикальный 1 см, сагиттальный и горизонтальный 1,5 см), которая функциональна и топографически связана с головным мозгом (с гипоталамусом). Гипофиз залегает в гипофизарной ямке турецкого седла клиновидной кости и почти со всех сторон окружен костной тканью (в связи с чем редко подвергается повреждениям при травмах черепа); с помощью гипофизарной ножки он связан с гипоталамусом. В гипофизе выделяют две части, которые отличаются по своему эмбриональному происхождению, гистологическому строению и функциональным особенностям:

Ø Аденогипофиз. Имеет эктодермальное происхождение, поскольку закладывается на 4-5-ой неделе эмбрионального развития как вырост эпителия ротовой бухты, от которой в дальнейшем полностью отшнуровывается; непосредственно структурно с гипоталамусом и нейрогипофизом не связан (просто прилежит к нейрогипофизу). Характеризуется типичным для большинства эндокринных желез строением (его паренхима образована эпителиальной тканью). Секреторные клетки аденогипофиза (аденоциты) продуцируют тропные гормоны, основным эффектом части из которых является регуляция секреторной активности других эндокринных желез (гландулотропные гормоны: ТТГ, АКТГ, ФСГ и ЛГ), тогда как некоторые тропные гормоны обладают собственными эффектами на организм (тропные эффекторные гормоны: СТГ, липотропин, МСГ, пролактин). В аденогипофизе различают переднюю и промежуточную долю, синтезирующие тропные гормоны, а также бугровую или туберальную область (прилежит к гипофизарной ножке, никаких гормонов не синтезирует; ее функция остается до конца не ясной).

Ø Нейрогипофиз (задняя доля гипофиза). Закладывается на 4-5-ой неделе эмбриогенеза как вырост головной части нервной трубки (т.е. является производным нейроэктодермы); на протяжении всей последующей жизни сохраняет связь с головным мозгом (гипоталамусом) с помощью гипофизарной ножки. Паренхима нейрогипофиза неэпителиальной природы (представлена нейроглиальными клетками – питуицитами, не синтезирующими никаких гормонов). Нейрогипофиз подобно другим эндокринным железам хорошо кровоснабжается, но в отличие от эндокринных желез не синтезирует никаких гормонов, а является местом депонирования и дальнейшего перехода в кровоток двух гормонов (вазопрессина и окситоцина), поступающих из переднего гипоталамуса. Следовательно, нейрогипофиз выступает в качестве типичного нейрогемального органа, который достаточно хорошо кровоснабжается, но собственных гормонов не синтезирует, а обеспечивает депонирование и поступление в общую циркуляцию нейрогормонов гипоталамуса.

Рис. 7. Гистоструктура гипофиза (схема)

Рис. 8. Схема строения гипоталамо-гипофизарной системы

Рис. 9. Схема аксовазальных синапсов в нейрогипофизе

Между гипоталамусом и гипофизом существует тесная структурная и функциональная взаимосвязь. Так, нейросекреторными клетками переднего гипоталамуса продуцируются два пептидных гормона (вазопрессин и окситоцин), которые по аксонам этих клеток, составляющих в совокупности гипоталамо-гипофизарный тракт, направляются в нейрогипофиз, где депонируются и поступают в общий кровоток. Волокна гипоталамо-гипофизарного тракта на уровне нейрогипофиза по своему ходу образуют расширения (тельца Херринга), в которых гормоны депонируются, а персинаптические терминали этих волокон вступают в синаптический контакт непосредственно с капиллярами задней доли гипофиза.

Физиологические эффекты вазопрессина и окситоцина на организм состоят в следующем. Главной функцией вазопрессина (или антидиуретического гормона) является регуляция водно-солевого обмена в организме, а главным органом-мишенью служит почка. В частности, данный гормон увеличивает реабсорбцию воды из первичной мочи в дистальном отделе нефрона и собирательных трубочках почки, тем самым уменьшая объем окончательной мочи, выводимой из организма. Кроме того, вазопрессин в сверхфизиологических дозах, в которых он секретируется, например, в случае сильного обезвоживания организма или большой кровопотери, оказывает стимулирующее влияние на гладкомышечные клетки кровеносных сосудов, способствуя тем самым повышению системного артериального давления. Окситоцин способен оказывать влияние на:

Ø гладкомышечные клетки миометрия матки, стимулируя его сокращения и тем самым при родах способствуя родовой деятельности;

Ø миоэпителиальные клетки выводных протоков молочных желез, способствуя молокоотдаче.

Аденогипофиз, непосредственно морфологически не связанный с центральной нервной системой, находится под регулирующим влиянием рилизинг-факторов медиобазального гипоталамуса, которые доставляются к его клеткам с помощью системы кровообращения. В частности, нейросекреторные клетки медиобазального гипоталамуса образуют синапсы на капиллярах срединного возвышения гипоталамуса (выступ медиальной области дна третьего желудочка, направленный в его полость), через посредство которых выделяют в кровь свои гормоны (рилизинг-факторы). Венозная кровь, оттекающая от области срединного возвышения гипоталамуса, собирается в воротную вену гипофиза, которая направляется в аденогипофиз. Так, с током венозной крови рилизинг-факторы медиобазального гипоталамуса достигают аденогипофиза, переходят из кровеносных сосудов в его ткань и оказывают регулирующее влияние на секрецию тропных гормонов его клетками. Причем в зависимости от характера влияния рилизинг-фактров на секреторную активность клеток аденогипофиза различают два их типа:

Ø либерины (стимулируют секрецию определенных тропных гормонов аденогипофизом):

ü соматолиберин (стимулирует секрецию СТГ аденогипофизом)

ü гонадолиберин (стимулирует секрецию ЛГ и ФСГ аденогипофизом)

ü тиролиберин (стимулирует секрецию ТТГи отчасти пролактина  аденогипофизом)

ü кортиколиберин (стимулирует секрецию АКТГ аденогипофизом)

ü активирующий гипофизарную аденилатциклазу полипептид. На уровне аденогипофиза путем активации аденилатциклазы его секреторных клеток стимулирует синтез АКТГ и СТГ. Поступая в общий кровоток, данный гормон достигает периферических эндокринных желез, где оказывает стимулирующее действие на синтез определенных гормонов (в частности, в мозговом веществе надпочечников стимулирует синтез катехоламинов, а в поджелудочной железе – инсулина). Кроме того, это вещество, циркулируя в крови и церебральной жидкости, может выступать в роли нейромедиатора или модулятора синаптической передачи как в центральной, так и в периферической нервной системе

Ø статины (тормозят секрецию определенных тропных гормонов аденогипофизом)

ü соматостатин (подавляет секрецию не только СТГ аденогипофизом, но и АКТГ и ТТГ)

ü пролактиностатин (в отличие от всех других рилизинг-факторов, имеющих белково-пептидную природу, является биогенным амином (дофамином), тормозит образование пролактина аденогипофизом)

ü меланостатин (тормозит образование МСГ аденогипофизом)

Тропные гормоны аденогипофиза (имеют пептидную природу), в свою очередь, поступают в общий кровоток и достигают определенных тканей-мишеней. В зависимости от характера основных эффектов тропных гормонов на организм их условно классифицируют на две группы:

Ø гландулотропные (оказывают регулирующее влияние на другие эндокринные железы)

ü тиреотропный гормон (ТТГ) оказывает стимулирующее влияние на синтез фолликулярными клетками щитовидной железы тиреоидных гормонов

ü адренокортикотропный гормон (АКТГ) стимулирует секреторную активность клеток пучковой и сетчатой зон коры надпочечников, продуцирующих глюкокортикоиды и в небольшом количестве половые гормоны. Кроме того, АКТГ обладает и собственным эффектом на организм (стимулирует липолиз в жировой ткани)

ü гонадотропные гормоны (фолликулостимулирующий (ФСГ) и лютеинизирующий (ЛГ)). Мишенью для ФСГ в мужском организме являются эпителиальные клетки семенных канальцев семенника (клетки Сертоли), а основной эффект ФСГ на эти клетки заключается в усилении синтеза белка, связывающего андрогены в них, в результате чего создается и поддерживается высокая концентрация андрогенов в стенке семенного канальца, что важно для нормального осуществления спераматогенеза. Главной мишенью для ЛГ в мужском организме служат клетки Лейдига (эндокринные клетки семенника), вырабатывающие половые гормоны (андрогены и в небольших количествах эстрогены); основной же эффект ЛГ на эти клетки заключается в стимуляции их митотической и секреторной активности. Основным эффектом ФСГ в женском организме является стимуляция фолликулогенеза (развития и созревания фолликулов) в яичниках; по мере же созревания фолликулов в них появляется все больше эндокринных клеток, синтезирующих половые гормоны (преимущественно эстрогены и в небольшом количестве андрогены). Кроме того, ФСГ активирует фермент ароматазу в эндокринных клетках созревающих фолликулов, способствуя превращению андрогенов в эстрогены. Главный же эффект ЛГ в женском организме состоит в стимуляции овуляции зрелого фолликула (его разрыву и выходу из него ооцита) и последующему развитию на месте лопнувшего зрелого фолликула желтого тела, вырабатывающего прогестерон и эстрогены.

Ø эффекторные тропные (обладают собственными эффектами на организм)

ü соматотропный гормон (СТГ) или гормон роста – анаболический гормон, усиливающий синтез белка фактически во всех периферических органах и тканях. Причем наиболее отчетливо его анаболическое действие проявляется на уровне мышечной и хрящевой тканей (гиалиновый хрящ) и состоит в стимуляции линейного роста организма. СТГ оказывает свое действие на клетки периферических тканей преимущественно не прямо, а косвенно через посредство соматомединов, синтезируемых под влиянием этого гормона в печени.

ü пролактин (маммотропный гормон) имеет отношение к регуляции функциональной активности молочной железы (стимулирует образование в молочных железах молока и поддерживает лактацию)

ü меланоцитстимулирующий или меланотропный гормон (МСГ или МТГ) имеет отношение к регуляции пигментации кожи (стимулирует синтез меланина в меланоцитах кожи и переход его в кератиноциты, тем самым вызывая потемнение кожи; причем это действие МСГ у высших позвоночных выражено слабо)

ü липотропный гормон принимает участие в регуляции липидного обмена в организме (в частности, является стимулятором липаз в жировых депо, тем самым способствуя липолизу в них и последующей мобилизации жирных кислот в кровь)

Следовательно, медиобазальный гипоталамус, нейросекретрные клетки которого продуцируют рилизинг-факторы, тесно функционально связан с аденогипофизом, вырабатывающим тропные гормоны. Благодаря такой связи, реализующейся через систему кровообращения, достигается единство и взаимосвязь нервных и гуморальных механизмов регуляции физиологических функций. Так, нервная система может регулировать секреторную активность клеток медиобазального гипоталамуса, а значит, косвенно влиять и на выработку тропных гормонов аденогипофизом, часть из которых оказывает регулирующее влияние на другие эндокринные железы.

4. Морфо-функциональная характеристика эпифиза

Эпифиз (или шишковидная железа) подобно гипоталамо-гипофизарной системе занимает центральное положение в эндокринной системе, поскольку вырабатывает ряд гормонов, оказывающих регулирующее влияние на функциональную активность других эндокринных желез. Эпифиз, подобно гипофизу, анатомически (с помощью поводков) связан с центральной нервной системой – с таламусом (частью промежуточного мозга) и залегает в борозде между верхними холмиками пластинки четверохолмия среднего мозга. Железа имеет конусовидную форму (форму еловой шишки); размеры: вертикальный – 1,5 см, горизонтальный и сагиттальный – менее 1 см; масса – 0,2 г. Эпифиз закладывается на 5-6 неделе эмбриогенеза как вырост дорсальной части нервной трубки (т.е. подобно нейрогипофизу имеет нейроэктодермальное происхождение). Паренхима (основа) эпифиза неэпителиальной природы, представлена двумя типами клеток:

Ø глиальными (не синтезируют никаких гормонов)

Ø секреторными (пинеалоцитами), которые синтезируют гормоны эпифиза. Предполагают, что пинеалоциты являются потомками клеток, мигрирующих в процессе эмбриогенеза из нейроэктодермы, и родственны нейросекреторным клеткам гипоталамуса (т.е. являются производными нервных клеток).

Рис. 10. Гистоструктура эпифиза (схема)

Секреторные клетки эпифиза синтезируют ряд гормонов:

Ø гормоны – производные аминокислоты триптофана

ü серотонин (синтезируется в основном в дневное время суток). Оказывает неспецифическое тонизирующее влияние на нейроны центральной нервной системы (в том числе и нейроны коры больших полушарий), обладает также вазоактивным действием (суживает сосуды и тем самым приводит к некоторому повышению артериального давления)

ü мелатонин (образуется преимущественно в ночное время суток путем метилирования серотонина). Мелатонин у низших позвоночных животных оказывает действие, противоположное МСГ аденогипофиза, т.е. вызывает просветление кожи за счет угнетения синтеза меланина в меланоцитах кожи и его перехода в кератиноциты. У высших позвоночных животных, в том числе человека, мелатонин оказывает очень сложные и многообразные эффекты на организм. В частности, он имеет отношение к регуляции циркадианных ритмов (околосуточных ритмов – ритмических колебаний в течение суток интенсивности постоянно протекающих физиологических процессов, таких как дыхание, сердечная деятельность, работа почек и т.д.). Кроме того, мелатонин замедляет обменные процессы в организме, снижает интенсивность сердечной деятельности и внешнего дыхания, а также приводит к понижению температуры тела, что способствует засыпанию. Наконец, мелатонин является очень мощным антиоксидантом (тормозит перекисное окисление липидов, в результате которого образуются свободные радикалы, повреждающие биологические мембраны), что обуславливает его ведущую роль в сдерживании процессов биологического старения организма. В последние годы доказано участие мелатонина и в регуляции полового созревания организма. В частности, этот гормон до определенного возрастного периода сдерживает половое созревание, ослабляя синтез гонадолиберина и гонадотропинов гипоталамо-гипофизарной системой.

Ø гормоны белково-пептидной природы (до 40 гормонов, которые оказывают регулирующее влияние на секреторную активность гипоталамо-гипофизарной системы и некоторых периферических эндокринных желез). Среди этих гормонов эпифиза наиболее изученными являются следующие:

ü антигонадотропин (тормозит выработку лютеинизирующего гормона аденогипофизом, угнетая до определенного возрастного периода половое созревание организма)

ü адреногломерулотропин (оказывает стимулирующее влияние на секреторную активность клеток клубочковой зоны коры надпочечников, вырабатывающей минералокортикоиды)

ü гормоны, аналогичные некоторым рилизинг-факторам гипоталамуса и тропным гормонам аденогипофиза (тиролиберин, тиротропин, гонадолиберин).

Своего нормального развития эпифиз достигает к 5-7 годам, а после 20-25 лет начинается его возрастная инволюция. Считают, что именно с момента начала возрастной инволюции эпифиза начинается и биологическое старение организма.

В связи со способностью некоторых гормонов эпифиза регулировать циркадианные ритмы в организме и задерживать старение ему отводят роль биологических часов организма.

Эфферентная иннервация эпифиза осуществляется только симпатическим отделом вегетативной нервной системы; причем постганглионарные симпатические нервные волокна образуют синапсы непосредственно на самих секреторных клетках эпифиза (т.е. нервные импульсы, приходящие из центральной нервной системы, непосредственно влияют на секреторную активность клеток железы).

5. Морфо-функциональная характеристика щитовидной железы

Щитовидная железа является самой крупной эндокринной железой организма (ее масса у взрослого человека составляет 25-30 г; размеры: вертикальный – 5 см, ширина – 5-6 см, толщина – 0,8 см); характеризуется очень высоким уровнем кровоснабжения (объем крови, протекающий через железу за 1 минуту, превышает ее массу в 3-7 раз). Она расположена в передней области шеи, поверхностно, впереди гортани и трахеи. Анатомически представлена двумя долями (левой и правой), перешейком, соединяющим их, и пирамидной долей (отходит в большинстве случаев от перешейка в направлении подъязычной кости). Нижняя граница щитовидной железы соответствует 5-6 хрящевым полукольцам трахеи, а верхняя – уровню середины щитовидного хряща гортани. Железа энтодермального происхождения (закладывается на 3-4-ой неделе эмбриогенеза как вырост стенки глотки).

Структурно-функциональной единицей железы является фолликул, стенка которого образована одним слоем эпителиальных клеток в норме кубической формы, называемых фолликулярными клетками или тиреоцитами. Полость фолликулов заполнена коллоидом (продуктом синтетической активности тиреоцитов, включающим как йодированный так и нейодированный гликопротеид тиреоглобулин). Фолликулы имеют, как правило, овальную или округлую форму, а их размеры находятся в пределах от 0,02 до 0,9 мм; общее количество фолликулов в железе составляет около 30 миллионов.

Тиреоциты продуцируют тиреоидные гормоны (трийодтиронин и тетрайодтиронин или тироксин), которые являются производными аминокислоты тирозина и в химическом плане представляют собой йодированные тиронины (две аминокислоты тирозина, соединенные через ОН-группу и йодированные по другим свободным гидроксильным группам). Причем в синтезе тиреоидных гормонов принимают участие как сами фолликулярные клетки (первоначально синтезирующие гликопротеид тиреоглобулин), так и полость фолликула (в которой этот тиреоглобулин не просто накапливается, но и йодируется; после чего обратно захватывается фолликулярными клетками, подвергается расщеплению, в результате чего, наряду с отдельными аминокислотами и олигопептидами, высвобождаются тиреоидные гормоны). В связи с тем, что обязательным компонентом тиреоидных гормонов является йод, тиреоциты обладают способностью активно поглощать йодид (I^-) из периферической крови против 100-300 кратного градиента.

Уровень секреции щитовидной железой триойдтиронина и тироксина является неодинаковым (тироксина образуется гораздо больше). В частности, содержание трийодтиронина в плазме периферической крови в 20 раз меньше, чем тироксина. Причем большая часть циркулирующих в крови тиреоидных гормонов находится в химически связанном виде и только 0,1% от общего их количества приходится на свободную фракцию, которая может переходить в ткани и оказывать свои эффекты на организм.

Наряду с фолликулярными клетками в железе обнаруживаются и парафолликулярные клетки (светлые или С-клетки), которые встречаются в железе единично, прилежат к базальной поверхности фолликулов, не достигая их полости. Эти клетки вырабатывают пептидный гормон тирокальцитонин. Считают, что С-клетки в процессе эмбриогенеза мигрируют в щитовидную железу из нервной трубки (т.е. являются производными нервных клеток).

Рис. 11. Гистоструктура щитовидной железы

Некоторые аспекты физиологического действия тиреоидных гормонов на организм

Тиреоидные гормоны способны проникать через плазматическую мембрану внутрь клетки и оказывают свое действие на клеточном уровне через посредство ядерных рецепторов путем активации транскрипции определенных генов (геномные механизмы действия тиреоидных гормонов). Причем во влиянии на клеточный геном трийодтиронин во многом раз более активен, чем тироксин. Считают, что сам по себе тироксин на геном влияние оказывать не способен, а под действием дейодиназ клеток-мишеней превращается либо в трийодтиронин, либо в реверсионный трийодтиронин (который физиологической активностью не обладает). Вместе с тем в последние годы появляется все больше сведений и о негеномных механизмах действия тиреоидных гормонов (примеры описаны в пункте 2); причем существует немало сообщений о том, что при негеномных механизмах действия тироксин оказывается гораздо более активным, чем трийодтиронин.

Действуя через генный аппарат клеток-мишеней тиреоидные гормоны способны активировать синтез

Ø определенных белков-ферментов, а, следовательно, влиять на ход и направленность метаболических процессов в клетке

Ø белков ионных насосов (Na⁺/K⁺-АТФазы плазматической мембраны, Са²⁺-АТФазы мембран саркоплазматического ретикулюма) и ионных каналов (Na⁺-каналов плазматической мембраны и Са²⁺-каналов мембраны саркоплазматического ретикулюма), усиливая тем самым прямо и опосредованно (через увеличение пассивной проницаемости мембраны для определенных ионов) активный ионный транспорт, что сопровождается дополнительными энергозатратами в клетке-мишени и повышением уровня ее теплопродукции

Ø структурных белков клетки, а, следовательно, вызывать определенные морфологические перестройки, лежащие в основе как нормального морфогенеза организма, так и долговременной его адаптации к различным факторам окружающей или внутренней среды организма. В частности, известно, что тиреоидные гормоны способны увеличивать количество митохондрий в калоригенно активных тканях (печень, белая и бурая жировая ткань, скелетные мышцы, сердце) при адаптации человека к холоду

Ø белков, обеспечивающих выполнение специфических функций клетки, что обуславливает способность тиреоидных гормонов оказывать непосредственное влияние на функциональное состояние многих клеток организма.

Наряду с геномными эффектами, тиреоидные гормоны могут оказывать влияние на клетки-мишени негеномным путем, непосредственно воздействуя на плазматическую мембрану, определенные внутриклеточные органоиды, активность ряда ферментов. Такие негеномные эффекты тиреоидных гормонов не требуют активации генома, осуществляются через несколько минут после их аппликации в среду инкубации клеток in vitro и длятся сравнительно недолго (максимум в течение нескольких часов после аппликации гормона в среду культивации клеток). Примерами негеномных механизмов действия тиреоидных гормонов являются следующие:

Ø повышение активности ионных насосов (Na⁺/K⁺-насоса плазматической мембраны и Са²⁺-насоса мембран саркоплазматического ретикулюма скелетных и сердечных мышечных волокон, а также плазматической мембраны гладких и сердечных мышечных клеток)

Ø увеличение продолжительности нахождения натриевых потенциалзависимых ионных каналов в открытом состоянии в момент фазы деполяризации, что будет ускорять деполяризацию в возбудимых структурах и увеличивать степень синхронизации возбуждения

Ø повышение активности АТФ-азы миозина и сродства аткина к миозину в скелетных и сердечных мышечных волокнах, что сопровождается ускорением мышечных сокращений и увеличением их силы

Ø повышение активности ряда ферментов клетки (в частности, аденилатциклазы, что приводит к увеличению уровня цАМФ в клетках-мишенях и интенсификации цАМФ-зависмых процессов в них) и некоторые другие эффекты.

На организменном уровне физиологические дозы тиреоидных гормонов оказывают следующие эффекты:

Ø морфо-генетический (обеспечивают нормальное развитие многих органов организма, в том числе нейромоторного аппарата и самой центральной нервной системы)

Ø принимают участие в адаптационных процессах организма, вызывая появление т.н. адаптационных следов (определенных структурных перестроек в тех или иных органах организма, которые необходимы для приспособления к факторам среды)

Ø оказывают тонизирующее влияние на центральную нервную систему (в том числе на нейроны коры больших полушарий)

Ø стимулируют сердечную деятельность, что сопровождается некоторым увеличением объемной и линейной скорости кровотока

Ø несколько повышают уровень окислительных процессов в организме

ü как путем непосредственного частичного разобщения биологического окисления на уровне электроннотранспортной цепи митохондрий, что сопровождается бóльшим, чем в норме, выходом тепла и меньшим образованием макроэргов и компенсаторно приводит к усилению катоболических процессов в клетке с целью нормализации уровня внутриклеточных макроэргов

ü так и косвенно за счет интенсификации процессов активного ионного транспорта (путем активации ионных насосов и увеличения их плотности) в клетках, а также повышения пассивной проницаемости их мембран для ионов натрия или кальция. В частности, повышение пассивной проницаемости мембран клеток-мишеней для ионов натрия или кальция под действием тиреоидных гормонов приводит к некоторому нарушению трансмембранных градиентов для этих ионов и, как следствие, усилению работы соответствующих ионных насосов, что на фоне повышенной проницаемости мембраны для ионов натрия или кальция приводит к уменьшению КПД ионных наосов (т.е. работе их вхолостую). Как следствие этого в клетке-мишени, с одной стороны, происходит увеличение доли выделяющейся тепловой энергии в результате активного ионного транспорта, а, с другой – компенсаторное усиление окислительных процессов (с целью восстановить нормальный уровень макроэргов в клетке) и еще большее повышение уровня теплопродукции.

Физиологические эффекты тирокальцитонина на организм

Тирокальцитонин, наряду с паратгормоном (синтезируемым в парщитовидных железах) и кальцитриолом (образуется в почках из потомков витамина D), имеет отношение к регуляции кальциевого обмена в организме. В частности, тирокальцитонин, являясь антагонистом паратгормона, понижает уровень кальция в крови следующими путями:

Ø уменьшает активность остеокластов (клеток-разрушителей межклеточного вещества костной ткани) и тем самым способствует сбережению кальция в костной ткани (в данном случае стимулом для высвобождения тирокальцитонина является повышение уровня кальция в крови)

Ø замедляет пищеварение, подавляя секрецию пищеварительных соков (в данном случае стимулом для секреции тирокальцитонина является прием пищи и связанное с этим усиление секреции некоторых гастроинтестенальных гормонов). В результате отмеченного замедления пищеварения блокируется резкое (пиковое) повышение концентрации кальция в крови после приема пищи, а имеет место относительно медленное всасывание кальция в желудочно-кишечном тракте, что не угнетает секреции паратгормона околощитовидными железами. Паратгормон же усиливает обратную реабсорбцию кальция из первичной мочи в почках. Следовательно, данный эффект тиокальцитонина предотвращает резкую потерю кальция с мочой после приема пищи.

В целом тирокальцитонин способствует сбережению кальция в организме.

6. Структурная организация околощитовидных желез и физиологические механизмы действия их гормона на организм

Околощитовидные железы обычно в количестве 4-ех телец (иногда 2-6) прилежат к задней поверхности долей щитовидной железы. Тельца эти имеют овоидную или сферическую форму; максимальный размер каждого тельца не превышает 0,5 см, а общая масса всех телец составляет 0,13-0,36 г. Околощитовидные железы закладываются в эмбриогенезе из 3-го и 4-го глоточных карманов (энтодермального происхождения). Они характеризуются типичным для большинства эндокринных желез строением: их паренхима эпителиальной природы; соединительнотканная строма является производным капсулы и в околощитовидных железах человека занимает беспорядочное положение среди тяжей эпителиальных клеток, не разделяя орган на дольки. Паренхимные клетки околощитовидных желез представлены двумя типами:

Ø базофильные клетки (составляют абсолютное большинство эпителиальных клеток железы, характеризуются очень малыми размерами, именно они продуцируют паратгормон)

Ø оксифильные клетки (появляются только в постнатальном периоде, причем спустя несколько первых лет жизни, встречаются в железе очень редко, крупнее базофильных клеток, образуют небольшие скопления, как правило, под капсулой железы, не синтезируют никаких гормонов, рассматриваются многими исследователями как конечный результат развития базофильных клеток).

Рис. 12. Гистоструктура околощитовидных желез (схема)

Физиологические эффекты паратгормона на организм

Паратгормон (в химическом плане является пептидным гормоном) повышает уровень кальция в крови следующими путями:

увеличивает активность остеокластов костной ткани, что приводит к усилению разрушения межклеточного вещества костной ткани и резорбции кальция из кости в периферическую кровь

увеличивает обратную реабсорбцию кальция из первичной мочи в канальцах почки (при этом уменьшается обратная реабсорбция фосфатов)

активирует фермент – гидроксилазу кальцидиола в почках, которая катализирует образование кальцитриола, увеличивающего всасывание кальция в желудочно-кишечном тракте. Причем между концентрацией кальцитриола в крови и дальнейшей секрецией паратгормона существует отрицательная обратная связь, что препятствует чрезмерному резкому повышению концентрации кальция в крови.

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ КАЛЬЦИЕВОГО ГОМЕОСТАЗА В ОРГАНИЗМЕ

К регуляции кальциевого гомеостаза в организме имеют отношение 3 гормона:

Ø ТИРОКАЛЬЦИТОНИН (пептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков, синтезируется С-клетками щитовидной железы)

Ø ПАРАТГОРМОН (пептид, состоящий из 84 аминокислотных остатков, синтезируется около щитовидными железами)

Ø КАЛЬЦИТРИОЛ (витамин D-гормон, являющийся стероидом), оказывает свое действие через ядерные рецепторы, синтезируется из провитамина D₃ следующим образом:

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ТИРОКАЛЬЦИТОНИНА НА КАЛЬЦИЕВЫЙ ОБМЕН

ТИРОКАЛЬЦИТОНИН является КАЛЬЦИЙСБЕРЕГАЮЩИМ ГОРМОНОМ в организме, его эффекты приводят к ПОНИЖЕНИЮ УРОВНЯ КАЛЬЦИЯ в периферической крови (т.е. он оказывает действие, антагонистичное кальцитриолу и паратгормону), но при этом способствуют сбережению кальция в организме. СТИМУЛОМ для секреции тирокальцитонина являются:

· во-первых, ПОВЫШЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ Са²⁺ в периферической крови

• во-вторых, ПРИЕМ ПИЩИ и связанное с этим УСИЛЕНИЕ СЕКРЕЦИИ РЯДА ГАСТРОИНТЕСТИНАЛЬНЫХ ГОРМОНОВ эндокринными клетками желудочно-кишечного тракта.

7. Морфо-функциональная характеристика надпочечников

Надпочечники расположены в брюшной полости, забрюшинно (покрыты висцеральным листком брюшины только спереди), над верхним полюсом почек, на уровне XI-XII грудных позвонков. Орган имеет коническую форму; масса каждого надпочечника составляет 8-13 г; размеры: горизонтальный – 5-6см, вертикальный – 2-3см, толщина – 0,4-0,6см.

Надпочечники состоят из коркового и мозгового вещества, которые отличаются своим эмбриональным происхождением, гистологическим строением и природой секретируемых гормонов.

Корковое вещество надпочечников занимает периферическое положение в железе, составляет 80% от общей массы надпочечника, в процессе эмбриогенеза закладывается из мезодермы; его паренхимные клетки эпителиальной природы и синтезируют гормоны кортикостероиды (жиры, производные холестерина). В корковом веществе выделяют три зоны:

Ø клубочковая зона (составляет 15% от общей толщины коры надпочечника) находится непосредственно под соединительнотканной капсулой органа; эпителиальные секреторные клетки этой зоны располагаются тяжами, образующими подобие завитков (клубочков) и синтезируют минералокортикоиды. Секреторная активность этой зоны находится под регулирующим контролем адреногломерулотропина, ренин-ангиотензиновой системы и натрийуретического фактора (синтезируется секреторными кардиомиоцитами правого предсердия при сильном его перерастяжении притекающей венозной кровью). Причем адреногломерулотропин эпифиза стимулирует секрецию минералокортикоидов в клубочковой зоне, натрийуретичекий фактор (или атриопептин), напротив, тормозит секреторную активность этой зоны, способствуя тем самым большему выведению солей и воды из организма и, как следствие, уменьшению объема циркулирующей крови и артериального давления. Ангиотензин II, появляющейся в результате активации ренин-ангиотензиновой системы, является антагонистом атриопептина и синергистом адреногломерулотропина (он стимулирует секреторную активность клубочковой зоны и тем самым способствует повышению артериального давления)

Ø пучковая зона (самая широкая зона коры надпочечника, составляет 75% от общей ее толщины); эпителиальные секреторные клетки этой зоны располагаются радиальными тяжами (образуют подобие радиальных пучков) и синтезируют глюкокортикоиды

Рис. 13. Схема строения надпочечника

Ø сетчатая зона (самая узкая зона коры надпочечника, составляет 10% от общей ее толщины); паренхимные клетки этой зоны располагаются тяжами, образующими переплетения наподобие сети, и синтезируют небольшое количество глюкокортикоидов и половых гормонов (преимущественно андрогенного типа).

Секреторная активность пучковой и сетчатой зон коры надпочечника регулируется гипоталамо-гипофизарной системой (через посредство АКТГ). В частности, этот гормон гипофиза усиливают пролиферативную активность клеток пучковой и сетчатой зон, способствуя их разрастанию и увеличению синтеза в них гормонов

Мозговое вещество надпочечников занимает в железе центральное положение; очень тонкое (на его долю приходится 20% от общей массы надпочечника); формируется в эмбриональный период путем выселения клеток (симпатобластов) из нервной трубки и брюшных ганглиев симпатической нервной цепочки (т.е. имеет нейроэктодермальное происхождение). Секреторные клетки мозгового вещества неэпителиальной природы, они подобны вегетативным симпатическим нейронам и продуцируют катехоламины (адреналин и норадреналин – гормоны производные аминокислоты тирозина).

В связи с тем, что секреторные клетки мозгового вещества обладают способностью восстанавливать соли хрома и осмия до их окислов, мозговое вещество надпочечников называют хромафинной или осмиофильной тканью.

Физиологические эффекты кортикостероидов (гормонов коры надпочечников) на организм

Кортиокстероиды, являясь производными холестерина (жирами по сути), способны проникать внутрь клетки (рецепторы для этих гормонов находятся в цитоплазме клеток-мишеней) и оказывать свое влияние на экспрессию клеточного генома (т.е. вызывать определенные структурные перестройки, которые приводят к изменению и функционального состояния клеток-мишеней).

Гормоны клубочковой зоны коры надпочечников – минералокортикоиды (самый активный – альдостерон) – имеют отношение к регуляции водно-солевого обмена организма следующими путями:

Ø усиливают обратную реабсорбцию некоторых ионов (в основном ионов натрия и отчасти также ионов хлора и НСО₃^-) из первичной мочи, тем самым повышая обратную реабсорбцию и воды из первичной мочи в почках. Все это приводит к увеличению объема циркулирующей крови и некоторому повышению артериального давления

Ø угнетают обратную реабсорбцию ионов калия и водорода из первичной мочи, тем самым способствуя их выделению из организма.

Гормоны пучковой и сетчатой зон коры надпочечников – глюкокортикоиды (самый актвиный – кортизол) – имеют отношение к регуляции всех видов обмена веществ в организме и оказывают следующие основные эффекты:

Ø стимулируют распад жиров (в основном триглицеридов) в жировых депо и переход свободных жирных кислот (СЖК) в кровь. Сверхфизиологические дозы глюкокортикоидов усиливают распад жиров в области конечностей, но при этом – синтез жиров в области туловища, лица и шеи

Ø усиливают распад белков в скелетных мышцах и мобилизацию аминокислот в кровь; но при этом стимулируют синтез белков в печени (преимущественно белков-ферментов глюконеогенеза (синтеза глюкозы из неуглеводных продуктов)). Следовательно, глюкокортикоиды в печени оказывают анаболический эффект, тогда как в скелетных мышцах – катаболический. Отмеченный катоболический эффект глюкокортикоидов на скелетные мышцы приводит к увеличению содержания аминокислот в периферической крови и является предпосылкой,

ü с одной стороны, для усиления глюконеогенеза в печени и повышения уровня глюкозы в крови, что необходимо для достаточного снабжения глюкозой клеток усиленно работающих органов

ü а с другой – усиления синтеза белков в органах с повышенной функциональной активностью (т.е. в органах, находящихся в состоянии гиперфункции), что приводит к гипертрофии этих органов и нормализации их функционального резерва и служит проявлением наступившей долговременной (морфологической) адаптации к действию стрессового фактора.

Сверхфизиологические дозы глюкокортикоидов приводят к некоторой атрофии скелетных мышц на фоне гепатомегалии

Ø стимулируют глюконеогенез (синтез глюкозы из неуглеводных продуктов, в основном аминокислот) в печени. При этом образующаяся глюкоза частично используется самими печеночными клетками для синтеза гликогена, а частично поступает в кровь. Причем глюкокортикоиды, в отличие от инсулина, уменьшают поглощение глюкозы периферическими тканями. Все это приводит к повышению уровня глюкозы в крови и требует усиленной секреции инсулина (диабетогенное действие глюкокортикоидов). Отмеченный диабетогенный эффект глюкокортикоидов в условиях действия стрессового фактора является полезным для организма, поскольку обеспечивает поддержание высокой концентрации глюкозы в крови, которая нормально поглощается даже в отсутствии инсулина усиленно работающими клетками. Повышение секреции глюкокортикоидов имеет место не только при действии стрессовых факторов, но и при голодании и приводит к усилению катаболизма белков в скелетных мышцах, но при этом повышению синтеза из аминокислот глюкозы в печени. Как следствие, благодаря отмеченному поддерживается необходимый для нормального метаболизма периферических тканей уровень глюкозы в крови, несмотря на недостаточное ее поступление с пищей

Ø тормозят пролиферативную активность остеобластов костной ткани и фибробластов соединительной ткани, в результате чего могут замедлить заживление ран и образование костной мозоли при переломах

Ø оказывают иммуносупрессорное действие, подавляя деление Т- и В- лимфоцитов, образование антител; способствуют также уменьшению лимфатических узлов, селезенки и тимуса; в результате отмеченного иммуносупрессорного действия ослабляют аллергические реакции в организме. Кроме того, противоаллергическое действие глюкокортикоидов обусловлено их способностью тормозить образование гистамина в тучных клетках и базофилах, оказывать стабилизирующее действие на лизосомальные мембраны, а также угнетать синтез кининов из макроглобулинов плазмы крови.

Ø подавляют выраженность воспалительных реакций (уменьшая при этом гиперемию, отек, боль в очаге воспаления), при этом не действуя на причину воспаления. Противовоспалительный эффект глюкокортикоидов во многом обусловлен их способностью оказывать стабилизирующее действие на мембраны лизосом, а также, действуя через геном, стимулировать синтез белка липокортина, который тормозит активность фосфолипазы А₂, катализирующей образование простогландинов из арахидоновой кислоты, входящей в состав мембранных фосфолипидов. Таким образом, глюкокортикоиды, стимулируя образования липокортина, косвенно тормозят образование простогланидинов, являющихся медиаторами воспаления

Ø несколько тормозят рост организма путем угнетения синтеза СТГ аденогипофизом

Ø понижают температуру тела (возможно, путем угнетения циклооксигеназы в большинстве клеток и, как следствие, торможению образования простагландинов, которые, наряду с другими эффектами, выступают в роли эндогенных пирогенов в организме (сдвигают активность нейронов-термосенсоров гипоталамуса в сторону более высоких температур и приводят к повышению температуры тела))

Ø считаются стрессовыми гормонами, принимающими участие в развитии долговременной адаптации организма к стрессовому фактору, поскольку

· во-первых, усиленно секретируются в период действия стрессового фактора на организм,

· во-вторых, действуя через генный аппарат клетки, способны вызывать определенные структурные перестройки в органах, повышающих свою активность под влиянием стрессового фактора (приводят к развитию т.н. морфологических следов адаптации). Эти структурные перестройки в определенных органах, в свою очередь, представляют собой морфологическое обеспечение их повышенной функциональной активности.

Камбиальным материалом в коре надпочечников, обеспечивающим физиологическую регенерацию всех его зон является скопление малодифференцированных клеток, расположенных на границе клубочковой и пучковой зон.

Кора надпочечников в процессе онтогенеза закладывается дважды. Вначале на 3-4-й неделе эмбрионального развития закладывается эмбриональная (фетальная) кора, которая у плода достигает хорошего развития и по удельному весу (весу на единицу массы тела) превышает даже кору надпочечников взрослого человека. Эта фетальная кора характеризуется высокой продукцией глюкокортикоидов, которые необходимы для нормального морфогенеза тканей и органов плода. Незадолго перед рождением или сразу после рождения фетальная кора надпочечников подвергается инволюции и постепенно начинает развиваться постоянная кора (кора взрослого человека или дефенитивная кора), которая достигает своего максимального развития к 18-20 годам.

Гормоны мозгового вещества надпочечников – катехоламины (адреналин и норадреналин) – подобно глюкокортикоидам также считаются стрессовыми гормонами, но при этом обеспечивают развитие быстрой (краткосрочной) адаптации организма, вызывая лишь определенные кратковременные функциональные или метаболические изменения в тех или иных органах при действии стрессового фактора. Катехоламины повышают неспецифическую устойчивость организма в экстремальных условиях путем мобилизации всех сил и ресурсов организма. В частности, катехоламины вызывают:

Ø усиление липолиза в жировой ткани и гликогенолиза в печени, что сопровождается повышением мобилизации СЖК и глюкозы в кровь и соответственно улучшением условий снабжения этими субстратами окисления органов, усиленно работающих при действии стрессового фактора

Ø усиление метаболизма в скелетных мышцах и повышение уровня их функциональной активности

Ø усиление сердечной деятельности (увеличение частоты и силы сердечных сокращений), а, следовательно, повышение объемной и линейной скорости кровотока

Ø неоднозначно изменяя тонус сосудов определенных органов (сосуды одних органов суживая, а других – расширяя), катехоламины способствуют перераспределению крови между органами, работающими с разной интенсивностью

Ø повышают активность нейронов центральной нервной системы, в том числе и корковых нейронов, улучшая в целом работоспособность организма.

8. Морфо-функциональная характеристика эндокринной части поджелудочной железы

Поджелудочная железа является железой смешанной секреции. Экзокринная ее часть представлена секреторными отделами – ацинусами, в которых вырабатывается поджелудочный сок, и системой выводных протоков. Эндокринная часть поджелудочной железы представлена островками Лангерганса, эпителиальные секреторные клетки которых продуцируют гормоны.

Поджелудочная железа расположена в брюшной полости, забрюшинно, на уровне I-II поясничных позвонков, занимает поперечное положение по отношению к позвоночному столбу. Ее масса составляет 80 г (причем на долю эндокринной части железы приходится всего 1/100 от ее массы); размеры: длина – 14-18 см, ширина – 3-9 см, толщина – 2-3 см. В железе выделяют головку, шейку и хвост; головка входит в подковообразный изгиб двенадцатиперстной кишки, а хвост достигает уровня селезенки. Поджелудочная железа закладывается на 3-ей неделе эмбриогенеза как вырост стенки тонкого кишечника (энтодермального происхождения).

Островки Лангерганса представляют собой диффузно разбросанные в железе островки эпителиальных эндокринных клеток (каждый островок включает от сотни до тысячи клеток). Диаметр островков находится в пределах 100-300 мкм, а общее их количество в железе составляет 1-2 млн; причем больше всего островков находится в хвосте железы.

Рис. 14. Гистоструктура поджелудочной железы (схема)

В пределах островка Лангерганса выделяют следующие типы клеток:

Ø a-клетки (на их долю приходится 20-25% от общего количества клеток островка, оксифильны, занимают в островке периферическое положение, вырабатывают глюкагон)

Ø b-клетки (самый многочисленный клеточный тип, на их долю приходится 70-75% от общего количества клеток островка, базофильны, занимают в островке центральное положение, вырабатывают инсулин)

Ø d-клетки (составляют 5-10% от общего количества клеток островка, располагаются на периферии островков, имеют грушевидную и реже звездчатую форму, секретируют соматостатин)

Ø d₁-клетки (единичные, выделяют вазоактивный интестенальный полипептид (ВИП), который снижает артериальное давление и стимулирует выделение панкреатического сока и гормонов поджелудочной железой (инсулина, глюкагона и соматостатина))

Ø РР-клетки (составляют 2-5% от общего количества клеток островка, локализуются по периферии островков преимущественно в области головки железы, встречаются и вне островков, вырабатывают панкреатический полипептид (вещество Р), который стимулирует выделение желудочного и панкреатического соков).

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ГОРМОНОВ ОСТРОВКОВОГО АППАРАТА ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ НА ОРГАНИЗМ

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ИНСУЛИНА НА ОРГАНИЗМ

ВЛИЯНИЕ ИНСУЛИНА НА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН

Особенности влияния ИНСУЛИНА на УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН в ПЕЧЕНОЧНЫХ КЛЕТКАХ (гепатоцитах)

ВЛИЯНИЕ ИНСУЛИНА НА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН

Действие ИНСУЛИНА на УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН в КЛЕТКАХ БОЛЬШИНСТВА ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ организма (на примере скелетных мышечных волокон)

ВЛИЯНИЕ ИНСУЛИНА НА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН

Особенности УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА в КЛЕТКАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

ПРИЧИНЫ НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИИ НЕРВНОЙ ТКАНИ

при РЕЗКОМ ПОВЫШЕНИИ КОНЦЕНТРАЦИИ ИНСУЛИНА в крови

ВЛИЯНИЕ ИНСУЛИНА НА ЖИРОВОЙ ОБМЕН

НАРУШЕНИЯ ЖИРОВОГО ОБМЕНА, возникающие ПРИ ДЕФИЦИТЕ ИНСУЛИНА в организме

ВЛИЯНИЕ ИНСУЛИНА НА БЕЛКОВЫЙ ОБМЕН

Схема регуляции КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ и СЕКРЕЦИИ ИНСУЛИНА  b-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы

ФАКТОРЫ, влияющие на секрецию ИНСУЛИНА

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ГЛЮКАГОНА НА ОРГАНИЗМ

ВЛИЯНИЕ ГЛЮКАГОНА НА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН

ФАКТОРЫ, влияющие на секрецию ГЛЮКАГОНА

Вам также может быть полезна лекция "25 Россия в 1907-1914 году".

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СОМАТОСТАТИНА d-КЛЕТОК ОСТРОВКОВ ЛАНГЕРГАНСА ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ НА ОРГАНИЗМ

ФАКТОРЫ, влияющие на секрецию СОМАТОСТАТИНА d-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы