2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_практикум_Часть_2_Зинчук_В_В_2015

12.5. Образование и секреция гормонов, их транспорт кровью	131

гормонов на локальные и «глобальные», несмотря на определенную условность, позволяет более эффективно оценить их физиологические эффекты.

12.5. образование и секреция гормонов, их транспорт кровью

Синтез белково-пептидных гормонов находится под генетическим контролем и осуществляется на рибосомах. Многие полипетидные гормоны ситезируются в форме больших по размерам пред- шественников-прогормонов (проинсулин, проопиомеланокортин и др.). Конверсия прогормонов в гормоны осуществляется в аппарате Гольджи. Стероидные гормоны синтезируются из холестерина. В митохондриях происходит превращение холестерина в прегненолон. После образования прегненолона в стероид-продуцирующих клетках его дальнейшие превращения определяются распределением и активностью стероидогенных ферментов внутри клеток. Последовательная модификация стероидной молекулы в ходе стероидогенеза требует ее перемещения от одного субклеточного образования к другому.

По характеру секреции все гормоны можно разделить на две группы:

полипептидные гормоны, накапливающиеся в гранулах и секретируемые путем экзоцитоза;

стероидные гормоны, не накапливающиеся в клетке и секретируемые сразу после синтеза.

В силу хорошей растворимости в липидной среде стероидные гормоны легко диффундируют через липидную клеточную мембрану в кровь. Секреция гормонов в большинстве случаев имеет циклический, пульсирующий характер. Периодичность секреции — от 5–10 мин до 24 ч и более (широко распространенный ритм — около 1 ч). Наиболее изучен циркадианный ритм секреции — изменение уровня гормона на протяжении 24 ч (т.е. суток). Большое влияние на циркадианный ритм секреции оказывает смена освещения, а также изменение физической активности. В дополнение к дневным ритмам существуют более быстрые осцилляции концентрации гормонов в плазме, обозначаемые как высокочастотные

132	Глава 12. Физиология желез внутренней секреции

ритмы. Цикличность секреции гормонов не является простой реакцией на внешние ритмы, но проявляется в результате существования эндогенных осцилляторов, аналогичных центрам, вызывающим ритмические дыхательные движения и сокращения сердца.

Гормоны, поступая в кровь, транспортируются ею к органам

итканям. При этом лишь небольшая часть гормона циркулирует в свободной форме в водном растворе. Преобладающая же часть его находится в крови в форме обратимых, соединенных нековалентными связями комплексов с белками плазмы и форменными элементами.

Многие транспортные белки плазмы способны специфически связывать гормоны. К таким белкам относятся транскортин, избирательно связывающий кортикостероиды и прогестины, секс-сте- роидсвязывающий глобулин, образующий комплексы с андрогенами и эстрогенами, тироксинсвязывающий глобулин, образующий комплексы с тиреоидными гормонами и др. Образуя комплекс

сбелками, гормоны аккумулируются в кровяном русле и не могут связываться с рецепторами. Активной является свободная, несвязанная с белками форма. Образование комплексов гормонов со специфическими белками плазмы является механизмом буферирования сдвигов концентрации гормонов при внезапном изменении их скорости синтеза и резервирования в кровяном русле. Степень связывания различных гормонов сильно варьирует. Например, 90 % кортизола, 98 % тестостерона и эстрадиола, 96 % трийодтиронина

и99 % тироксина связываются с транспортными белками. Большинство полипептидных гормонов, за исключением соматотропина и окситоцина, циркулируют в низких концентрациях в крови в свободном состоянии, не связываясь с белками.

12.6. регуляция секреции гормонов

Физиологические эффекты гормонов главным образом определяются их концентрацией в крови и внеклеточной жидкости. Если концентрация выше или ниже нормы, то, как правило, возникают патологические отклонения. В связи с этим контроль за секрецией гормонов прежде всего направлен на поддержание их оптимального уровня в жидкостях организма.

12.6. Регуляция секреции гормонов	133

Регуляция гормональной системы является многоступеньчатой и включает ЦНС, обратные связи и местные изменения

вклетках-мишенях. Нервная система влияет на секрецию гормонов через гипоталамо-гипофизарную и симпатоадреналовую системы в соответствии с эндогенными циркадианными ритмами и при чрезвычайных внешних воздействиях (физический стресс: травма, переохлаждение и гипертермия; химический стресс: гипогликемия, ацидоз, гипоксия; психо-эмоциональный стресс: боль, сильные эмоции, депрессия).

Важным механизмом саморегуляции эндокринной системы является осуществление обратных связей, когда уровень циркулирующего гормона влияет на его синтез в эндокринных клетках. Обратные связи могут осуществляться благодаря способности эндокринных клеток, тканей и желез к рецепции уровня секретируемых ими гормонов. Длинная цепь обратной связи обеспечивается взаимодействием периферической эндокринной железы с гипофизарными, гипоталамическими центрами и с супрагипоталамическими областями ЦНС. Короткая цепь обратной связи заключается

вмодифицикации секреции и высвобождении статинов и либеринов гипоталамуса при изменении секреции гипофизарного тропного гормона. Ультракороткая цепь обратной связи обеспечивается взаимодействиями в пределах эндокринной железы, когда высвобождение гормона влияет на процессы секреции и высвобождения его самого и других гормонов из данной железы.

Обратные связи обеспечивают как снижение, так и повышение концентрации гормона. При отрицательной обратной связи повышение уровня гормона приводит к торможению его секреции. При

положительной обратной связи повышение уровня гормона приводит к стимуляции и возникновению пика его секреции. Например, повышение уровня лютеинизирующего гормона в середине менструального цикла приводит к возникновению пика его секреции и овуляции. Отрицательная обратная связь более распространена, так как приводит к стабилизации концентрации гормона и поддержанию гомеостаза. Положительная обратная связь приводит к потенцированию, ускорению эффекта, а также обеспечивает цикличные процессы в организме.

Под влиянием гормона происходят изменения в клетках-ми- шенях. Количество рецепторов на клетке-мишени для определенного

134	Глава 12. Физиология желез внутренней секреции

гормона варьирует от 2000 до 100 000. Гормональные рецепторы, как и другие белки клетки, постоянно синтезируются и расщепляются, поэтому количество рецепторов к данному гормону динамически изменяется на протяжении жизни и при различных функциональных состояниях. Если в крови наблюдается повышенное содержание гормона, то количество его гормональных рецепторов в клетках-мишенях постепенно снижается. Такое явление получило название даун-регуляции (down-regulation), или десенсибилизации рецепторов. В случае дефицита гормона, количество его рецепторов повышается (ап-регуляция (up-regulation), или сенсибилизация). При этой форме регуляции чувствительность тканей к данному гормону возрастает.

Гомологичный гормон обычно снижает чувствительность клеток к нему путем отрицательной регуляции числа своих собственных рецепторов. Гормон может также снижать клеточную чувствительность к себе самому, влияя на внутриклеточные компоненты передачи гормонального сигнала. Поверхностные гормонрецепторные комплексы могут подвергаться «интернализации» в пузырьках внутри клетки, что также снижает чувствительность к гормону. Данная отрицательная регуляция представляет собой механизм аутомодуляционного типа, который накладывается на другие механизмы регуляции, что является способом защиты организма от чрезмерного воздействия гормонов при их длительном и высоком содержании в крови. Однако некоторые гормоны, наоборот, повышают клеточную чувствительность к своему действию. Например, под действием ангиотензина увеличивается количество его рецепторов в коре надпочечников, а пролактин повышает концентрацию своих рецепторов в молочной железе.

Регуляция объема секреции гормонов является важнейшим элементом контроля эндокринной системы. Однако интенсивность доставки гормонов к клеткам-мишеням и скорость их деградации также влияет на выраженность физиологических эффектов, поэтому изменение кровоснабжения органов и тканей, замедление или ускорение элиминации физиологически активных веществ из крови также влияют на эндокринные эффекты.

12.7. Механизм действия гормонов	135

12.7. механизм действия гормонов

Гормон оказывает действие путем связывания со специфическим рецептором, который является высокоспециализированной структурой, входящей в состав плазматических мембран, цитоплазмы или ядерного аппарата клетки и образующей специфичное комплексное соединение с гормоном. Взаимодействие с рецептором обеспечивает органоспецифичность действия гормона, при котором ответные реакции органов и тканей на определенный гуморальный фактор строго специфичны и не могут быть вызваны другими физиологически активными веществами.

Полипептидные гормоны и катехоламины связываются с рецепторами, локализованными на поверхности клеток. Взаимодействие гормонов с рецепторами приводит к активации вторичного посредника (мессенджера), а гормон в этой цепи является первич­ ным посредником (мессенджером). Наиболее часто в клетке активируется аденилатциклаза и происходит накопление цАМФ. Под влиянием цАМФ активируются цАМФ-зависимые протеинкиназы и происходит фосфорилирование белков, которые опосредуют гормональные эффекты внутри клетки. Кроме цАМФ вторичными мессенджерами являются цГМФ, фосфоинозитиды, ионы Ca2+ и H+, метаболиты ретиноевой и арахидоновой кислот, монооксид азота (NO), и другие физиологически активные вещества.

Стероидные гормоны проникают в клетку путем простой диффузии и связываются с цитоплазматическими или ядерными рецепторами. Взаимодействие гормона с рецептором вызывает его конформационные изменения, позволяющие гормон-рецепторному комплексу связываться с ядерным хроматином. Связавшись с хроматином, гормон-рецепторный комплекс может увеличивать (или уменьшать) образование специфических мРНК. Продукты трансляции мРНК опосредуют эффекты стероидного гормона. Тиреоидные гормоны также проникают в клетку и связываются с рецепторами, локализованными в ядерном хроматине. В отличие от стероидных, рецепторы тиреоидного гормона находятся в хроматине независимо от присутствия гормона, и активный гормон (в основном трийодтиронин) не способствует связыванию рецептора с хроматином. Дальнейшие этапы действия тиреоидных гормонов (транскрипция ДНК в мРНК, трансляция мРНК и посттрансляционные изменения)

136	Глава 12. Физиология желез внутренней секреции

схожи с действием стероидных гормонов. Поскольку эффекты стероидных и тиреоидных гормонов связаны с индукцией синтеза РНК и белка, их эффекты развиваются медленно и они обеспечивают долгосрочные виды модуляции метаболизма.

12.8. Роль G-белков и G-белок сопряженных рецепторов во внутриклеточном преобразовании гормонального сигнала

G-белок сопряженные рецепторы (рецепторы, сопряженные с G-белком) являются семейством, образованным семью трансмембранными сегментами рецепторов, воздействующих на внутриклеточный метаболизм посредством сопряжения с G-белками. G-белки являются гуанидинтрифосфат (ГТФ) связывающими белками, которые передают сигнал от связанного с ними гормонального рецептора к эффекторным молекулам гормона (вторичным посредникам) внутри клетки. Например, G-белки объединяют гормональный рецептор с аденилатциклазой, что приводит к образованию цАМФ. G-белки используются в цАМФ, Са2+-кальмодулин и многих других системах вторичных посредников (мессенджеров). G-белки имеют ГТФазную активность и содержат α, β и γ-субъеди- ницы. G-белки могут оказывать стимулирующий (Gs-белок) или ингибиторный (Gi-белок) эффекты.

12.9. Понятие о первичных и вторичных мессенджерах

Реализация гормонального эффекта обеспечивается цепью последовательных химических превращений, в которой различают первичные и вторичные мессенджеры.

Первичным мессенджером являются гуморальные факторы, доставляемые кровью к тканям, взаимодействующие с рецепторами клеток и инициирующие различные внутриклеточные процессы. Все классические гормоны являются первичными мессенджерами.

12.10. Основные типы действия гормонов	137

Вторичные мессенджеры представлены химическими веществами, осуществляющими передачу сигнала от рецепторов клетки к внутриклеточным системам. К вторичным мессенджерам относятся циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), циклический гуанидинмонофосфат (цГМФ), фосфатидилинозитиды (инозитолтрифосфат и диацилглицерин), Са2+ и кальцийсвязывающие белки (кальмодулин и др.), каскады киназ, фосфатаз и др.

Первичный мессенджер представлен конкретным гормоном. Вторичные мессенждеры, наоборот, включают группу химических веществ. Например, после взаимодействия гормона с рецептором посредством Gs-белка активируется аденилатциклаза, образуется цАМФ, который активирует протеинкиназы, обеспечивающие фосфорилирование белков, активацию ионных каналов и др. В литературе встречаются термины третичный, четвертичный и т.д. мессенджеры. Однако более правильно объединять всю группу таких внутриклеточных веществ одним термином — вторичный мес­ сенджер.

12.10. основные типы действия гормонов

Классический гормон выделяется в кровь и оказывает свой эффект на значительном удалении от места образования, осуществляя дистантное гормональное (гемокринное) действие. Гормон может выделяться из нервных окончаний в качестве нейромедиатора или нейромодулятора, обеспечивая нейрокринное (нейроэндокрин­ ное) действие. При изокринном эффекте гормон, синтезируемый

водной клетке, оказывает действие на клетку, расположенную

втесном контакте с первой, и его высвобождение осуществляется

вмежтканевую жидкость. Разновидностью изокринного действия является паракринное влияние, при котором гормон, образующийся в одной клетке, поступает в межклеточную жидкость и влияет на ряд клеток, расположенных в непосредственной близости. При юкстакринном действии гормон не попадает в межклеточную жидкость, а сигнал передается через плазматическую мембрану расположенной рядом клетки. Аутокринное действие заключается во влиянии гормона на клетку, которая его же и синтезировала.

138	Глава 12. Физиология желез внутренней секреции

Высвобождающийся из клетки гормон может поступать в просвет протока и достигать другой клетки, оказывая на нее специфическое влияние. Это пример соликринного действия, характерного для желудочно-кишечных гормонов.

Часто наблюдается сочетание нескольких типов действия у одного физиологически активного вещества. Например, интерлейкин II секретируется Т-хелперами, паракринно активирует расположенные рядом иммунные клетки и аутокринно стимулирует клетку, которая его синтезировала, усиливая выраженность иммунного ответа.

12.11. основные направления действия гормонов

Для гормонов характерны следующие основные направления действия:

метаболическое — прямо или опосредованно влияют на обмен веществ (например, тироксин является основным регулятором интенсивности энергетического метаболизма организма);

морфогенетическое — влияние на формирование, дифференцировку и рост тканей (например, половые гормоны (тестостерон, эстрогены и др.) обеспечивают формирование вторичных половых признаков, соматотропин контролирует рост тела в длину);

кинетическое — запускает какой-либо вид деятельности или процесс, которые не осуществлялись до начала действия гормона (например, окситоцин вызывает сокращение гладких мышц матки);корригирующее — изменяет деятельность или процесс, уже происходившие до появления гормона (например, катехоламины

увеличивают ЧСС);пермиссивное — взаимодействие между гормонами или взаи-

модействие между гормональной и нервной системами; действие одного гормона может видоизменять или опосредовать эффект другого гормона (например, тироксин потенциирует эффекты катехоламинов), нервной системы (например, глюкокортикоиды сенсибилизируют гладкие мышцы сосудов к вазоконстрикторному эффекту симпатической ВНС).

12.12. Методы исследования функции эндокринных желез	139

12.12. методы исследования функции эндокринных желез

Классическим методом исследования является экспериментальное удаление (экстирпация) эндокринной железы и описание эффектов операции. Аристотель (384–322 до н.э.) описал последствия кастрации у петухов. Физиологическое значение половых желез стало известным благодаря наблюдениям за евнухами. Если кастрация производилась до полового созревания, то у евнуха был низкий рост, длинные руки, детские черты лица, отсутствовала растительность на теле и не было возрастных изменений голоса.

С помощью водных и спиртовых экстрактов эндокринных желез может производиться выделение, очистка и идентификация активного химического начала. Для дифференцировки веществ, синтезируемых непосредственно в эндокринных клетках, проводится сравнение состава крови, притекающей и оттекающей от железы. Хирургическая пересадка эндокринных желез также является источником информации об их физиологическом значении. В 1849 г. профессор А.А. Бертольд (А.А. Berthold, 1803–1861) провел опы­ ты по пересадке половых желез. Петухи в результате кастрации превращались в каплунов, переставали петь, постепенно теряли гребни. Пересадка в брюшную полость кастрированных птиц половых желез других петухов предохраняла их от превращения в каплунов и позволяла сохранять все признаки самцов. Поскольку пересаженные железы были лишены иннервации и сообщались с организмом только при помощи сосудов, А.А. Бертольд предположил, что половые железы выделяют в кровь какое-то вещество, оказывающее сильный эффект на весь организм. Под влиянием опытов А.А. Бертольда французский физиолог Ш.Э. Броун-Секар (Charles Edouard Brown-Sequard, 1817–1894) изучал омолаживающее действие экстрактов семенников морских свинок, кроликов и собак. В 1889 г. Ш.Э. Броун-Секар, в возрасте 72 лет, сделал сенсационный доклад на заседании Биологического общества в Париже о восстановлении своих физических и психических сил под влиянием инъекций экстрактов из семенников животных. Данные исследования явились прообразом гормоно- и органотерапии.

Для создания экспериментальных моделей по изучению эндокринной патологии широко используется избирательное подавление

140	Глава 12. Физиология желез внутренней секреции

секреции гормонов. Например, введение аллоксана, который вызывает некроз β-клеток островков Лангерганса, позволяет создать аллоксановый диабет у крыс.

В клинике особо важное значение имеет количественное определение гормонов в физиологических жидкостях (кровь, моча, спинно-мозговая жидкость и др.). С этой целью используют био­ химические методы (высокоэффективная жидкостная хроматография и др.), биологическое тестирование, радиоиммунный анализ (РИА), иммунорадиометрический анализ (ИРМА), радиорецеп­ торный анализ (РРА), иммунофроматографический анализ (тестполоски экспресс-диагностики) и др. В настоящее время биологическое тестирование практически не используется и представляет исторический интерес. Широко применяется метод РИА, заключающийся во взаимодействии исследуемого гормона с его антителами. Гормон в физиологическом материале и искусственно вводимый гормон с радиоактивной меткой конкурируют между собой и равновероятно связываются с антителами. Чем меньше радиоактивность пробы, тем больше исследуемого гормона без радиоактивной метки она содержит, так как количество гормонсвязывающих антител в образце постоянно.

Для выявления эндокринных расстройств применяется наблюдение за пациентами с диагностикой типичных симптомов избытка или недостатка гормона, различные функциональные пробы, рентгенологические, лабораторные методы исследования. Для морфофункционального анализа эндокринных желез применяются

ультразвуковое исследование, компьютерная томография, магнит­ но­резонансная томография (МРТ), радиоизотопное сканирование

(скенирование). К рентгенологическим методам исследования

относятся рентгенография черепа и прицельно — турецкого седла. По форме и размерам турецкого седла можно косвенно сделать заключение о размерах гипофиза. Рентгенография костей помогает определить плотность костной ткани с помощью однофотонной и двухфотонной денситометрии (DEXA). При гиперпаратиреозе могут обнаруживаться остеопороз, образование кист. Ретропнев­ моперитонеум — снимки надпочечников на фоне введенного в околопочечную клетчатку воздуха. При гиперплазии или опухоли надпочечников можно обнаружить их увеличение, изменение формы и смещение почки вниз. Также используется термография