Введення і основні принципи
Основним призначенням фізіологічних процесів є постійне прагнення до підтримання гомеостазу організму. Це прагнення до підтримання сталості внутрішнього середовища піддається постійним впливи з боку внутрішнього і зовнішнього середовища. Здатність підтримувати гомеостаз в умовах мінливого середовища визначається ефективністю обміну інформацією між клітинами організму. Основу такого обміну інформацією складають дві системи. Нервова система зазвичай забезпечує швидкий і короткий відповідь на вплив. На відміну від неї ендокринна система реагує на зміни в середовищі набагато повільніше, проте її відповідь є більш тривалим у часі в порівнянні з реакцією нервової системи. Вплив ендокринної системи є всеосяжним і регулює активність практично всіх клітин організму. Всі наші клітини забезпечуються кров'ю і ендокринна система використовує цю особливість фізіологічної організації для поширення інформації по всьому тілу.
Незважаючи на те що були відкриті десятки гормонів, біологічна активність яких регулює безліч фізіологічних процесів, всі вони підкоряються декільком фундаментальним закономірностям. По-перше, гормони продукуються спеціалізованими, позбавленими проток ендокринними залозами і секретуються в кров'яне русло, де вони з кров'ю розносяться по всьому тілу і потрапляють до своїх клітин-мішеней, які пов'язують гормон і реагують на його наявність, змінюючи свою біологічну активність певним запрограмованим чином . По-друге, хоча деякі ендокринні залози і є головними елементами органів, спеціалізованих па виконанні ендокринної функції (наприклад, гіпофіз, щитовидна залоза), інші залози розташовуються в органах, які мають інші основні фізіологічні функції (наприклад, серце, кишечник, нирки). По-третє, одна ендокринна залоза може продукувати більше одного гормону. По-четверте, за рідкісними винятками одна ендокринна клітина може синтезувати і виділяти тільки один гормон. По-п'яте, конкретний гормон може секретироваться більш, ніж однієї ендокринної залозою. По-шосте, один гормон може стимулювати кілька різних фізіологічних реакцій в декількох різних типах клітин-мішеней. По-сьоме, кожен гормон в певному типі клітин може стимулювати тільки одна відповідь. По-восьме, будь-яка клітина-мішень може взаємодіяти з декількома різними гормонами, кожен з яких викликає специфічну реакцію. По-дев'яте, кожен конкретний вид внутрішньоклітинних процесів, наприклад гліколіз, може регулюватися більш, ніж одним гормоном. По-десяте, чутливість клітини-мішені до специфічного гормону може визначатися її рівнем диференціювання, присутністю інших гормонів, зовнішніми умовами і ін.
Хоча ендокринна система регулює безліч біологічних процесів в клітинах-мішенях організму, фізіологічні ефекти гормонального впливу можна звести до чотирьох основних груп. Це: 1) засвоєння і метаболізм (анаболічні і катаболические процеси) поживних речовин; 2) підтримання водно-сольового балансу; 3) забезпечення зростання і розвитку організму; 4) реалізація репродуктивної функції.
Класифікація і синтез гормонів
· 1 Класифікація гормонів та їх синтез
o 1.1 Стероїдні гормони
o 1.2 Пептидні гормони
o 1.3 Амінокислоти
o 1.4 Катехоламіни
Класифікація гормонів та їх синтез
Всі відомі гормони можуть бути розділені на групи в залежності від свого хімічного складу і способу синтезу наступним чином: 1) стероїди; 2) пептиди / білки; 3) аміни.
Стероїдні гормони є похідними холестерину; до цієї групи належать статеві стероїди (андрогени, естрогени, прогестини), які продукуються в статевих залозах, а також глюкокортикоїди і мінералкортікоіди, які синтезуються наднирковими залозами. У людини основним андрогеном або чоловічим статевим гормоном, що циркулює в крові, є тестостерон. Подібним обрізом естрогени є сімейство жіночих статевих гормонів. У людини основним естрогеном є естрадіол, а в групі прогестинів переважає прогестерон. Кортизол є основним глюкокортикоїдом у людини, а альдостерон - основним минералкортикоидов.
Оскільки попередником всіх стероїдних гормонів є одне і те ж з'єднання - холестерин, то основним фактором, що визначає переважний продукт ендокринної залози, будуть ферментативні шляху біосинтезу. Разом з тим через строго визначених відхилень в ферментативном синтезі в продуктах, секретується залозою, поряд з основним зазвичай виявляються невеликі кількості іншого гормону. Наприклад, основна маса стероїдів, які синтезують насінники, представлена тестостероном, але поряд з ним в невеликих кількостях утворюється ще і кортизол, поява якого обумовлена присутністю невеликої кількості ферментів, що входять до складу шляху біосинтезу цього стероїду.
Ендокринні залози, які продукують стероїди, не здатні накопичувати знову синтезований гормон, тому в міру синтезу стероїд виділяється в систему кровообігу і, відповідно, швидкість секреції гормону в кров дорівнює швидкості його продукції в клітинах ендокринної залози.
Протеолітичні розщеплення прогормона під час синтезу гормонів білкової природи призводить до великої різноманітності гормонів, що продукуються ендокринною системою. Одна і та ж молекула-попередник може піддаватися різним модифікаціям, що призводить до утворення різноманітних кінцевих продуктів. Можливо, найкращим прикладом подібних процесів є попередник проопиомеланокортина (ПОМК), який містить амінокислотні послідовності декількох білково-пептидних гормонів, в число яких входять адренокортикотропний гормон (АКТГ), # 946; ендорфін і # 946; -ліпотронний гормон (Krieger et al. 1980; Chretian, Seidah, 1981). Яким буде основний гормон, що виробляється конкретної ендокринної залозою, що синтезує ПОМК, визначатимуть специфічні протеолітичні ферменти, які експресують клітини цієї залози. Наприклад, клітини передньої долі гіпофіза містять набір ферментів, який забезпечує формування АКТГ в якості основного кінцевого продукту освіти прогормона ПОМК. У той же час нейрони головного мозку, які також продукують ПОМК, містять ферменти, які розщеплюють цю молекулу-попередник таким чином, що секретується переважно # 946; ендорфін. Альтернативні варіанти освіти ПОМК виявлені в плаценті, репродуктивних органах, шлунково-кишковому тракті і легких (Liotta et al. 1982; Margioris et al. 1982). Така специфічна продукція різних гормонів з одного загального попередника в залежності від наявного спектра ферментів володіє певним схожістю з особливостями процесів біосинтезу стероїдів.
Аміни також відомі під назвою гормонів - похідних амінокислот, включають сполуки, утворені з амінокислоти тирозину. У цю групу входять тиреоїднігормони (тироксин Т4 і трийодтиронін Т3) і катехоламіни (адреналін і норадреналін). Незважаючи на те що всі вони походять від загальної молекули-попередника, тиреоїднігормони і катехоламіни різняться в багатьох аспектах, включаючи їх синтез, транспорт в кровоносній системі і механізм впливу на клітини-мішені. Ці групи амінів будуть розглянуті окремо з урахуванням особливостей їх біосинтезу.
Формування тиреоїдних гормонів залежить від поглинання фолікулярними клітинами щитовидної залози тирозину і мінерального йодиду. Тирозин використовується в якості основи для побудови тіроглобуліна, який являє собою великий глікопротеїн, що накопичується в фолікулярних клітинах в значних кількостях. При поглинанні йодиду з крові тирозинового залишки тіроглобуліна піддаються йодуванню допомогою багатоетапної реакції, яка закінчується формуванням Т4 або Т, в залежності від кількості атомів йоду, що зв'язалися з тіроглобуліна. Спочатку тірюглобулін взаємодіє з одним або двома іонами йоду, що призводить до утворення монойодтірозіна (МІТ) або дийодтирозина (ДЙТ) відповідно. На наступному етапі ензиматичного синтезу тиреоїдних гормонів до молекули тірюглобуліна приєднується ще два атома йоду, завдяки чому МІТ перетворюється в Т3, а ДЙТ - в Т4. На цьому етапі тиреоїднігормони представляють собою частину великого комплексу тіроглобуліна, який запасається в клітинах залоз. Після стимуляції секреції тіроідного гормону протеолітичні ферменти в фолікулярних клітинах розщеплюють запасені тіроглобуліна, що призводить до звільнення гормонів Т3 і Т4, а також їх подальшого виділення в кров'яне русло.
Катехоламіни - адреналін і норадреналін також утворюються на основі тирозину, однак їх синтез відбувається в клітинах мозкового шару надниркових залоз. Тканина мозкового шару надниркових залоз в дійсності представляє собою модифікований компонент симпатичної частини вегетативної нервової системи. Мозгова тканину надниркових залоз отримує сигнал безпосередньо від нервових закінчень симпатичної нервової системи і являє собою приклад нейроендокринної функції.
Освіта катехоламінів відбувається в хромафинної клітинах мозкового шару надниркових залоз шляхом багатоетапного біосинтезу. Спочатку тирозин за участю тірозінгідролази перетворюється в 3,4-дигідроксифенілаланін (допа). Ця реакція є лімітуючої швидкість процесу освіти катехоламінів. Допа потім перетворюється в допамін, який в свою чергу перетворюється в норадреналін, основна маса останнього піддається метилированию ферментом фенілетаноламін-N-метилтрансферазою (PNMT) з утворенням адреналіну. Як адреналін, так і норадреналін є катехоламинами, однак стахіометріческое співвідношення цих сполук на етапі синтезу і виділення з надниркових залоз становить 1. 4. Незважаючи на це, за змістом в крові норадреналін перевершує адреналін, однак основна маса цього норадреналіну продукується симпатичної нервової системою, де він виконує функцію нейротрансмітера і звідти потрапляє в кров. Разом з тим основним катехоламином, що циркулює в системі кровообігу, є адреналін (Hedge et al. 1987).
Регуляція секреції гормонів
Регуляція секреції гормонів
· Швидкість секреції в кров ендокринної залозою;
· Для деяких гормонів, зокрема тиреоїдних, швидкість активації (перетворення Т4 в Т3) в крові;
· Для ліпофільних гормонів, а саме стероїдних і тиреоїдних, ступінь зв'язування білками плазми крові;
· Швидкість інактивації та видалення з крові (кліренсу).
Існують два типи секреції гормону в кров (Kelly, 1985). Конститутивна секреція представляє собою безперервне виділення ендокринного речовини в кров з деякою базової швидкістю. При такому механізмі секреції гормон виділяється клітиною у міру його синтезу, оскільки залоза не здатна його накопичувати, тому при отриманні стимулюючого сигналу відбувається збільшення активності синтезу і знову синтезований гормон виділяється безпосередньо в кров'яне русло шляхом пасивної дифузії через клітинну мембрану. Такий тип секреції характерний для стероїдних і тиреоїдних гормонів, які за своїми властивостями є липофильними, як і плазматична мембрана клітини. Конститутивна секреція регулюється змінами рівня фосфорилювання білків, які виступають в ролі ферментів шляху біосинтезу.
У випадку регульованої секреції стимулюючий вплив призводить до вивільнення шляхом екзоцитозу накопичених везикул, що містять гормон. У більшості випадків для забезпечення постійної готовності клітин до виділення гормону сигнал, що викликає вивільнення гормону, активізує ферментативні системи його синтезу. Зазвичай вивільненню запасеного гормону і активації синтетичних процесів передує надходження в клітину іонів кальцію. Така регульована форма секреції спостерігається для білково-пептидних гормонів і катехоламінів.
Як при конститувною, так і при регульованою секреції гормонів стимулом, який регулює швидкість секреції, зазвичай є: 1) зміна в плазмі концентрації поживних речовин або іонів; 2) виділення нейронами нейротрансмітерів, що впливають на ендокринні клітини; 3) зв'язування клеточнимірецепторамі гормонів, що виділяються іншими ендокринними залозами. Як правило, всі ці події взаємопов'язані між собою певним чином. З іншого боку, зміни в секреції гормонів зазвичай є результатом впливу кількох чинників.
Відповідь ендокринних залоз на стимулюючий вплив визначається чутливої і ефективною системою зворотного зв'язку, яка передає інформацію від тканини-мішені назад до органу, що виділяє гормон. Найбільш поширеною формою регуляції швидкості секреції в ендокринній системі є негативний зворотний зв'язок. Цей тип зворотного зв'язку можна спостерігати в разі, коли активність однієї системи (ендокринна залоза) модифікується негативним чином, т. Е. Пригнічується активність іншої системи (тканини-мішені), що дозволяє підтримувати гомеостаз. Наприклад, підвищення концентрації глюкози в крові стимулює секрецію інсуліну підшлунковою залозою. Підвищення вмісту інсуліну в крові сприяє поглинанню глюкози м'язовими клітинами тканину-мішень для інсуліну, а також перетворенню глюкози в жир, результатом чого є нормалізація вмісту глюкози в крові.
Існує кілька різних видів регуляції секреції гормонів шляхом негативного зворотного зв'язку. Управління секрецією кількох важливих гормонів здійснює гіпоталамо-гіпофізарна система. Невелику ділянку в основі мозку - гіпоталамус - продукує кілька рилізинг-гормонів або либеринов, які переносяться портальної системою кровоносних капілярів в передню частку гіпофіза. У цьому прикладі нейроендокринної функції гіпоталамус виділяє гормони-ліберіни, які, потрапляючи в передню частку гіпофіза, змінюють там швидкість секреції ряду гормонів в систему кровообігу, яка забезпечує їх транспорт до всіх тканин організму. Ці гіпофізарні гормони можуть безпосередньо впливати на тканини-мішені, або активувати залози третього рівня цієї системи регуляції, стимулюючи секрецію їх специфічних гормонів в кровоносне русло.
Незважаючи на те що негативний зворотний зв'язок є переважаючим механізмом регуляції, для зміни рівня секреції гормонів в організмі використовується також позитивний зворотній зв'язок. У разі позитивного зворотного зв'язку ендокринна залоза, що продукує гормон, контролює індуковані цим гормоном зміни біологічної активності тканини-мішені. Якщо тканина-мішень реагує недостатньо інтенсивно, ендокринна залоза виділяє додаткову кількість гормону до тих пір, поки активність біологічного процесу, який він регулює, не досягне адекватного рівня. Прикладом позитивного зворотного зв'язку є регуляція ендокринної функції під час пологів. Окситоцин, що виділяється задньою часткою гіпофіза, стимулює скорочення матки. У міру проходження родового процесу і збільшення потреби в більш сильних родових сутичках активність матки сигналізує гіпофізу про потребу збільшення секреції окситоцину, що призводить до посилення сили і частоти скорочень матки і дозволяє пологів завершитися благополучно.
Транспорт гормонів в крові