Физиология желез внутренней секреции

1. Гормоны, их характеристика, классификация и значение в организме. Виды воздействий (эндокринное, паракринное, аутокринное, нейроэндокринное). Виды действий (пермиссивное, синергическое, антагонистическое).

Гормоны - биологически активные вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах и системах.

Классификация:

-По химической структуре:

• Производные аминокислот:

производные тирозина: тироксин, трийодтиронин, дофамин, адреналин, норадреналин;

производные триптофана: мелатонин, серотонин;

производные гистидина: гистамин.

• Белково-пептидные гормоны:

полипептиды: глюкагон, кортикотропин, меланотропин, впзопрессин, окситоцин, пептидные гормоны желудка и кишечника;

простые белки (протеины): инсулин, соматотропин, пролактин, паратгормон, кальцитонин;

сложные белки (гликопротеиды): тиреотропин, фоллитропин, лютропин.

• Стероидные гормоны:

кортикостероиды (альдостерон, кортизол, кортикостерон);

половые гормоны: андрогены (тестостерон), эстрогены и прогестерон.

• Производные жирных кислот:

арахидоновая кислота и ее производные: простагландинм: простациклины, тромбоксаны, лейкотриены.

- Функциональная классификация:

• Эффекторные гормоны — гормоны, которые оказывают влияние непосредственно на орган-мишень.

• Тропные гормоны — гормоны, основной функцией которых является регуляция синтеза и выделения эффекторных гормонов. Выделяются аденогипофизом.

• Рилизинг-гормоны — гормоны, регулирующие синтез и выделение гормонов аденогипофиза, преимущественно тропных. Выделяются нервными клетками гипоталамуса.

Значение гормонов в организме:

Используются в организме для поддержания его гомеостаза, а также для регуляции многих функций (роста, развития, обмена веществ, реакции на изменения условий среды).

Гормоны человека оказывают следующие эффекты на организм:

• стимулируют или ингибируют рост

• влияют на настроение

• стимулируют или ингибируют апоптоз

• стимулируют или ингибируют иммунную систему

• регулируют метаболизм

• подготавливают организм к следующему жизненному периоду — половому созреванию, родам и к менопаузе

• контролируют репродуктивный цикл

• вызывают чувство голода и насыщения

• вызывают половое влечение

• Также гормоны регулируют выработку и секрецию других гормонов. Гормоны также поддерживают постоянство внутренней среды организма (гомеостаз).

Виды воздействий:

• Эндокринное действие - гормоны передают сигнал путем переноса в кровотоке от места синтеза до клеток-мишеней (инсулин)

• Паракринное действие - клетки-мишени расположены в непосредственной близости к секреторным клеткам; гормон, образующийся в одной клетке, поступает в межклеточную жидкость и влияет на ряд клеток, расположенных в непосредственной близости (гормоны ЖКТ)

• Аутокринное действие - высвобождающийся из клетки гормон оказывает влияние на ту же клетку, изменяя ее функциональную активность (простагландины)

• Нейроэндокринное действие - гормон, высвобождаясь из нервных окончаний, выполняет функцию нейротрансмиттера или нейромодулятора, т.е. вещества, изменяющего (обычно усиливающего) действие нейротрансмиттера.

• Пермиссивное действие — «разрешающее» действие; проявляется в том, что небольшие дозы глюкокортикоидов необходимы для осуществления некоторых процессов обмена веществ, хотя сами они в этих дозах неэффективны, например, минимальные дозы глюкокортикоидов не вызывают гипергликемии, но усиливают гипергликемическое действие адреналина; аналогично под влиянием глюкокортикоидов гормон роста приобретает способность усиливать мобилизацию жира из жировых депо.

• Синергическое воздействие: один гормон усиливает эффект другого гормона. Например, однонаправленное действие адреналина и глюкагона. Оба гормона активируют распад гликогена в печени до глюкозы и вызывают увеличение сахара в крови.

• Антогонистическое воздействие. Так, инсулин и адреналин оказывают на уровень глюкозы крови противоположенное влияние: инсулин вызывает гипогликемию, а глюкагон - гипергликемию.

2. Образование и секреция гормонов, их транспорт кровью, механизмы действия на клетки и ткани, в зависимости от химического строения гормонов. ( ребят вопрос совсем идиотский и сложный, смотрите лекцию шерстенниковой, возможно поймете что-то)

Основные этапы образования и превращения гормонов:

• биосинтез гормона;

• секреция, то есть выделение из эндокринной клетки;

• транспорт кровью к периферическим тканям;

• распознавание гормонального сигнала клетками-мишенями;

• трансдукция (перевод) гормонального сигнала в биологический ответ;

• гашение эндокринного сигнала

Белково-пептидные гормоны.

В эту группу входят все тропные гормоны, либерины и статины, инсулин, глюкагон, кальцитонин, гастрин, секретин, холецистокинин, ангиотензин II, антидиурети­ческий гормон (вазопрессин), паратиреоидный гормон и др.

Эти гормоны образуются из белковых предшественников, называемых прогормонами. Как правило, сначала синтезируется препрогормон, из которого образуется прогормон, а затем гормон.

Синтез прогормонов осуществляется на мембранах гранулярной эндоплазматической сети (шероховатый ретикулум) эндокринной клетки. Большое значение для этих процессов имеет способность препрогормонов проникать через мембрану эндоплаз­матической сети в ее внутренние полости за счет того, что первые 20—25 аминокислотных остатков с N-конца у многих белковых предшественников являются одинаковыми, а на наружной мембране эндоплазматической сети имеются структуры, «узнающие» эту по­следовательность. В результате становится возможным внедрение молекулы препрогормона в липидный бислой мембраны и постепен­ное проникновение белкового предшественника во внутреннее про­странство эндоплазматической сети.

Везикулы с образующимся прогормоном переносятся затем в пластинчатый комплекс (комплекс Гольджи), где под действием мембранной протеиназы от молекулы прогормона отщепляется определенная часть аминокислотной цепи. В результате образуется гормон, который поступает в везикулы, содержащиеся в комплексе Гольджи. В дальнейшем эти везикулы сливаются с плазматической мембраной и высвобождаются во внеклеточное пространство.

Концентрация белково-пептидных гормонов в крови обычно со­ставляет 10-9—10-10 М. При стимуляции эндокринной железы кон­центрация соответствующего гормона возрастает в 2—5 раз.

Период полураспада белково-пептидных гормонов в крови со­ставляет 10—20 мин. Они разрушаются протеиназами клеток-мишеней, крови, печени и почек.

Стероидные гормоны.

В эту группу входят тестостерон, эстрадиол, эстрон, прогестерон, кортизол, альдостерон и др. Эти гормоны образуются из холестерина в корковом веществе надпочечников (кортикостероиды), а также в семенниках и яичниках (половые стероиды). В малом количестве половые стероиды могут образовываться в корковом веществе надпочечников, а кортикостероиды — в половых железах. Свободный холестерин поступает в митохондрии, где превращается в прегненолон, который затем попадает в эндоплазматическую сеть и после этого — в цитоплазму.

В корковом веществе надпочечников синтез стероидных гормонов стимулируется кортикотропином, а в половых железах — лютеинизирующим гормоном (ЛГ). Эти гормоны ускоряют транспорт эфиров холестерина в эндокринные клетки и активируют митохондриальные ферменты, участвующие в образовании прегненолона. Кроме того, тропные гормоны активируют процессы окисления сахаров и жирных кислот в эндокринных клетках, что обеспечивает стероидогенез энергией и пластическим материалом.

Кортикостероиды подразделяют на две группы. Глюкокортикоиды (типичный представитель — кортизол) индуцируют синтез ферментов глюконеогенеза в печени, препятствуют поглощению глюкозы мышцами и жировыми клетками, а также способ­ствуют высвобождению из мышц молочной кислоты и аминокислот, тем самым ускоряя глюконеогенез в печени.

Минералокортикоиды (типичный представитель — альдостерон) задерживают натрий в крови. Снижение концентрации натрия в выделяемой моче, а также секретах слюнных и потовых желез приводит к меньшим потерям воды, так как вода движется через биологические мембраны в направлении высокой концентрации солей.

Стимуляция синтеза глюкокортикоидов осуществляется через систему гипоталамус—гипофиз—надпочечники. Стресс (эмоциональное возбуждение, боль, холод и т. п.), тироксин, адре­налин и инсулин стимулируют секрецию кортиколиберина из ак­сонов гипоталамуса. Этот гормон связывается с мембранными ре­цепторами аденогипофиза и вызывает секрецию кортикотропина, который с током крови попадает в надпочечники и стимулирует там образование глюкокортикоидов — гормонов, повышающих ус­тойчивость организма к неблагоприятным воздействиям.

Кортикотропин влияет слабо на синтез минералокортикоидов. Имеется дополнительный механизм регуляции синтеза минералокортикоидов, осуществляющийся через так называемую ренин-ангиотензиновую систему. Рецепторы, реагирующие на давление кро­ви, локализованы в артериолах почек. При снижении давления крови эти рецепторы стимулируют секрецию ренина почками. Ренин является специфической эндопептидной, отщепляющей от α2-глобулина крови С-концевой декапептид, который называют «ангиотензин I». От ангиотензина I карбоксипептидаза (ангиотензинпревращающий фермент, расположенный на наружной поверхности эндо­телия кровеносных сосудов) отщепляет два аминокислотных остатка и образует октапептид ангиотензин II — гормон, к которому на мембране клеток коркового вещества надпочечников имеются специальные рецепторы. Связываясь с этими рецепторами, ангиотензин II стимулирует образование альдостерона, который действует на дистальные канальцы почек, потовые железы, слизистую обо­лочку кишечника и увеличивает в них реабсорбцию ионов Na+, Сl- и НСОз-. В результате в крови повышается концентрация ионов Na+ и снижается концентрация ионов Сl- и К+. Эти эффекты альдостерона полностью блокируются ингибиторами синтеза белка.

Половые стероиды. Андрогены (мужские половые гормоны) продуцируются интерстициальными клетками (гландулоцитами) се­менников и в меньшем количестве яичниками и корковым веществом надпочечников. Основным андрогеном является тестостерон. Этот гормон может претерпевать изменения в клетке-мишени — превращаться в дигидротестостерон, который обладает большей активностью, чем тестостерон. Следует отметить, что ЛГ, который стимулирует начальные этапы биосинтеза стероидов в эндокринной железе, активирует также превращение тестостерона в дигидротестостерон в клетке-мишени, тем самым, усиливая андрогенные эффекты.

Эстрогены (женские половые гормоны) в организме человека в основном представлены эстрадиолом. В клетках-мишенях они не метаболизируются.

Действие андрогенов и эстрогенов направлено в основном на органы воспроизведения, проявление вторичных половых признаков, поведенческие реакции. Андрогенам свойственны также анаболиче­ские эффекты — усиление синтеза белка в мышцах, печени, почках. Эстрогены оказывают катаболическое влияние на скелетные мышцы, но стимулируют синтез белка в сердце и печени. Таким образом, основные эффекты половых гормонов опосредуются процессами ин­дукции и репрессии синтеза белка.

Стероидные гормоны легко проникают через клеточную мемб­рану, поэтому их секреция происходит параллельно с синтезом. Содержание стероидов в крови определяется соотношением скоростей их синтеза и распада. Регуляция этого содержания осуществляется главным образом путем изменения скорости синтеза. Тропные гор­моны (кортикотропин, ЛГ и ангиотензин) стимулируют этот синтез. Устранение тропного влияния приводит к торможению синтеза сте­роидных гормонов.

Действующие концентрации стероидных гормонов составляют 10-11—10-9 М. Период их полураспада равен 1/2—11/2 ч.

Тиреоидные гормоны.

В эту группу входят тироксин и трийодтиронин. Синтез этих гормонов осуществляется в щитовидной железе, в которой ионы йода окисляются при участии пероксидазы до йодиниум-иона, способного йодировать тиреоглобулин — тетрамерный белок, содержащий около 120 тирозинов. Йодирование тирозиновых остатков происходит при участии пероксида водорода и завершается образованием монойодтирозинов и дийодтирозинов. После этого происходит «сшивка» двух йодированных тирозинов. Эта окислительная реакция протекает с участием пероксидазы и завер­шается образованием в составе тиреоглобулина трийодтиронина и тироксина. Для того чтобы эти гормоны освободились из связи с белком, должен произойти протеолиз тиреоглобулина. При расщеплении одной молекулы этого белка образуется 2—5 молекул тирок­сина (Т4) и трийодтиронина (Тз), которые секретируются в молярных соотношениях, равных 4:1.

Синтез и секреция тиреоидных гормонов находятся под контролем гипоталамо-гипофизарной системы. Тиреотропин активирует аденилатциклазу щитовидной железы, ускоряет активный транспорт йода, а также стимулирует рост эпителиальных клеток щитовидной же­лезы. Эти клетки формируют фолликул, в полости которого про­исходит йодирование тирозина.

Выделение Тз и Т4 осуществляется с помощью пиноцитоза. Ча­стички коллоида окружаются мембраной эпителиальной клетки и поступают в цитоплазму в виде пиноцитозных пузырьков. При слиянии этих пузырьков с лизосомами эпителиальной клетки происходит расщепление тиреоглобулина, который составляет основную массу коллоида, что приводит к выделению Т3 и Т4. Тиреотропин и другие факторы, повышающие концентрацию цАМФ в щитовидной железе, стимулируют пиноцитоз коллоида, процесс образования и движения секреторных пузырьков. Таким образом, тиреотропин ус­коряет не только биосинтез, но и секрецию Т3 и Т4. При повышении уровня Т3 и Т4 в крови подавляется секреция тиреолиберина и тиреотропина.

Тиреоидные гормоны могут циркулировать в крови в неизмен­ном виде в течение нескольких дней. Такая устойчивость гормонов объясняется, по-видимому, образованием прочной связи с Т4-свя-зывающими глобулинами и преальбуминами в плазме крови. Эти белки имеют в 10—100 раз большее сродство к Т4, чем к T3, поэтому в крови человека содержится 300—500 мкг Т4 и лишь 6—12 мкг Т3.

Катехоламины. В эту группу входят адреналин, норадреналин и дофамин. Источником катехоламинов, как и тиреоидных гормонов, служит тирозин, однако при синтезе катехоламинов метаболизму подвергается свободная аминокислота. Синтез катехоламинов про­исходит в аксонах нервных клеток, запасание — в синаптических пузырьках. Катехоламины, образующиеся в мозговом веществе над­почечников, выделяются в кровь, а не в синаптическую щель, т. е. являются типичными гормонами.

В некоторых клетках синтез катехоламинов заканчивается образованием дофамина, а адреналин и норадреналин образуются в меньшем количестве. Такие клетки есть в составе гипоталамуса. Предполагают, что пролактостатином, т. е. гормоном гипоталамуса, подавляющим секрецию пролактина, является дофамин. Известны и другие структуры мозга (например, стриарная система), которые находятся под влиянием дофамина и нечувствительны, например, к адреналину.

В симпатических нервных волокнах дофамин не накапливается, а быстро превращается в норадреналин, который хранится в синаптических пузырьках. Адреналина в этих волокнах значительно меньше, чем норадреналина. В мозговом слое надпочечников биосинтез завершается образованием адреналина, поэтому норадреналина образуется в 4—6 раз меньше, а дофамина сохраняются лишь следы.

Синтез катехоламинов в мозговом веществе надпочечников стмулируется нервными импульсами, поступающими по чревному сим­патическому нерву. Выделяющийся в синапсах ацетилхолин взаимодействует с холинергическими рецепторами никотинового типа и возбуждает нейросекреторную клетку надпочечника. Благодаря су­ществованию нервно-рефлекторных связей надпочечники отвечают усилением синтеза и выделения катехоламинов в ответ на болевые и эмоциональные раздражители, гипоксию, мышечную нагрузку, охлаждение и т. д. Существуют и гуморальные пути регуляции активности клеток мозгового вещества надпочечников: синтез и выделение катехоламинов могут возрастать под действием инсулина, глюкокортикоидов, при гипогликемии.

Катехоламины подавляют как собственный синтез, так и выде­ление. В адренергических синапсах на пресинаптической мембране есть α-адренергические рецепторы. При выбросе катехоламинов в синапс эти рецепторы активируются и начинают оказывать ингибирующее влияние на секрецию катехоламинов. Аутоингибирование секреции обнаружено практически во всех тканях, секретирующих эти гормоны или нейромедиаторы.

В отличие от холинергических синапсов, постсинаптическая мем­брана которых содержит как рецепторы, так и ацетилхолинэстеразу, разрушающую медиатор, удаление катехоламинов из синапса про­исходит в результате обратного захвата медиатора нервными окон­чаниями. Поступающие в нервное окончание из синапса катехол­амины вновь концентрируются в специальных гранулах и могут повторно участвовать в синаптической передаче.

Определенное количество катехоламинов может диффундировать из синапсов в межклеточное пространство, а затем в кровь, поэтому содержание норадреналина в крови больше, чем адреналина, не­смотря на то что мозговое вещество надпочечников секретирует в кровь адреналин, а норадреналин секретируется преимущественно в синапсах. При стрессе содержание катехоламинов повышается в 4—8 раз. Период полураспада катехоламинов в крови равен 1—3 мин.

Катехоламины могут инактивироваться в тканях-мишенях, печени и почках. Решающее значение в этом процессе играют два фермента — моноаминоксидаза, расположенная на внутренней мем­бране митохондрий, и катехол-О-метилтрансфераза, цитозольный фермент.

Эйкозаноиды. В эту группу входят простагландины, тромбоксаны и лейкотриены. Эйкозаноиды называют гормоноподобными вещест­вами, так как они могут оказывать только местное действие, со­храняясь в крови в течение нескольких секунд. Образуются во всех органах и тканях практически всеми типами клеток.

Биосинтез большинства эйкозаноидов начинается с отщепления арахидоновой кислоты от мембранного фосфолипида или диацил-глицерина в плазматической мембране. Синтетазный комплекс представляет собой полиферментную систему, функционирующую преимущественно на мембранах эндоплазматической сети. Обра­зующиеся эйкозаноиды легко проникают через плазматическую мембрану клетки, а затем через межклеточное пространство пе­реносятся на соседние клетки или выходят в кровь и лимфу. Скорость синтеза эйкозаноидов увеличивается под влиянием гор­монов и нейромедиаторов, активирующих аденилатциклазу или повышающих концентрацию ионов Са2+ в клетке. Наиболее ин­тенсивно образование простагландинов происходит в семенниках и яичниках.

Простагландины могут активировать аденилатциклазу, тромбок­саны увеличивают активность фосфоинозитидного обмена, а лей­котриены повышают проницаемость мембран для ионов Са2+. По­скольку цАМФ и ионы Са2+ стимулируют синтез эйкозаноидов, замыкается положительная обратная связь в синтезе этих специфических регуляторов.

Во многих тканях кортизол тормозит освобождение арахидоновой кислоты, что приводит к подавлению образования эйкозаноидов, и тем самым оказывает противовоспалительное действие. Простагландин E1 является мощным пирогеном. Подавлением синтеза этого простагландина объясняют терапевтическое действие аспирина.

Период полураспада эйкозаноидов составляет 1—20 с. Ферменты, инактивирующие их, имеются практически во всех тканях, но на­ибольшее их количество содержится в легких.

Механизмы действия гормонов

После освобождения от клетки носителя, действие любого гормона на клетки-мишени начинается всегда с взаимодействия его с определенными рецепторами клетки. Это явление называется рецепцией гормона.

В зависимости от локализации в клетке, рецепторы разделяются:

-мембранные рецепторы, расположенные на клеточной мембране;

- плазматические (или внутриклеточные) рецепторы

Молекулу рецепторного белка рассматривают как двойную структуру: с внешней стороны- прием сигнала, с внутренней – передача к клеткам-мишеням с помощью системы G–белков (состоящей из α,β,Υ субъединиц). При активации рецептора отсоединяется α, которая активирует аденилатциклазу.

Пептидные гормоны, амины и нейромедиаторы являются гидрофильными соединениями и не способны проникать через клеточную мембрану, поэтому необходим вторичный посредник или "вторичный мессенджер".

Функцию "вторичного мессенджера" могут выполнять: а/цАМФ; б/кальций; в/метаболиты фосфатил-инозитола (диацилглицерол и инозитолтрифосфат).

Механизм действия стероидных гормонов:

• Проникновение гормона в клетку.

• Взаимодействие с внутриклеточным рецептором и Образование комплекса гормон-рецептор: Г-Р.

• Транспорт г-р комплекса в ядро.

• Связывание комплекса [Г-Р] с хроматиновым акцептором и со специфической последовательностью оснований ДНК.

• Транскрипция специфических матричных РНК.

• Транспорт матричных РНК в цитоплазму.

• Трансляция м-РНК на рибосомах.

• Посттрансляционные модификации белков.

3. Саморегуляция эндокринной системы, прямые и обратные связи.

• Гормональная регуляция через аденогипофиз (или гипоталамо-аденогипофизарная связь)

• Гормональная регуляция через нейрогипофиз (или гипоталамо-нейрогипофизарная связь)

• Регуляция уровнем метаболита в организме

Механизм обратной связи

1. длинная связь (периферическая железа-аденогипофиз): влияние гормона периферической железы на продукцию гормонов аденогипофиза. При этом порог реакции клеток аденогипофиза регулируется либеринами и статинами.

При повышении концентрации эффекторного гормона происходит ингибирование синтеза гормонов гипоталамуса и гипофиза - длинная петля обратной связи.

Благодаря системе саморегуляции по принципу обратной связи в организме поддерживается относительное постоянство внутренней среды.

2. короткая связь (аденогипофиз – гипоталамус): влияние тропных гормонов аденогипофиза на продукцию либеринов и статинов гипоталамуса

3.ультракороткая связь: замыкается в пределах гипоталамуса и выражается в торможении либеринами эндокринных клеток, которые их синтезируют и выделяют

Регуляция продукции гормона по типу ( -) обратной связи

Продукция тиреоидных гормонов щитовидной железы регулируется тиреолиберином гипоталамуса, воздействует на аденогипофиз, продуцирующий ТТГ, увеличивающий продукцию тиреоидных гомонов.

Выйдя в кровь Т3 и Т4 воздействуют на гипоталамус и аденогипофиз и тормозят ( если уровень тиреоидных гормонов высокий) продукцию тиролиберинов и ТТГ.

Регуляция продукции гормона по типу ( +) обратной связи

Регуляция гормонов так же осуществляться и по принципу положительной обратной связи: так, прогестерон способствуют выбросу лютеинизирующего гормона гипофизом, в результате чего происходит увеличение продукции этих же стероидных гормонов.

Регуляция уровнем метаболита

Под контролем гипоталамуса не находятся такие ЖВС, как паращитовидные, поджелудочная, тимус. Активность этих желез регулируется присутствием специфического метаболита в крови.

Например, уменьшение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия) вызывает высвобождение глюкагона, который увеличивает уровень глюкозы в крови за счет распада гликогена в печени. В результате уровень глюкозы возвращается к норме.

Т.о. глюкоза регулирует выработку глюкагона