Понятие о железах внутренней секреции. Гормоны. Термин «внутренняя секреция» ввёл в 1885 г. французский физиолог Клод Бернар. Железы внутренней секреции (эндокринные железы) — это органы, состоящие из специфических железистых клеток, специализировавшихся на образовании и выделении во внутреннюю среду организма особых биологически активных веществ — гормонов, участвующих в регуляции и интеграции функций организма и которые поступают в просвет кровеносных и лимфатических сосудов, т. е. во внутреннюю среду организма. К железам внутренней секреции относят эпифиз, щитовидную, паращтовидные и вилочковую железы, корковое и мозговое вещество надпочечников, островковый аппарат поджелудочной железы, половые железы (яички, яичники) и плаценту. Гормоны этих желез регулируют жизненно важные физиологические процессы на клеточном и системном уровнях, обеспечивая сохранение гомеостаза и адаптацию организма к изменяющимся условиям среды. Эндокринология занимается изучением роли гормонов в жизнедеятельности организма, а также изучением нормальной и патологической функции желез внутренней секреции. Общая характеристика эндокринной системы Эндокринная система — совокупность эндокринных желез, различных органов и тканей, которые в тесном взаимодействии с нервной и иммунной системами осуществляют регуляцию и координацию функций организма, посредством секреции физиологически активных веществ, переносимых кровью. Эндокринные железы (glandulae endocrinae) — железы внутренней секреции анатомически и топографически разобщены, они не имеют выводных протоков и выделяют секрет за счет диффузии и экзоцитоза во внутреннюю среду организма (кровь, лимфа и тканевую жидкость). Помимо «внутренней секреции», существует и «внешняя». К ней относится выделение пищеварительных ферментов в желудочно-кишечный тракт и различных веществ с потом, мочой и калом. В отличие от внутренней секреции, внешняя секреция осуществляется экзокринными железами через выводные протоки во внешнюю среду. Эндокринная система организма человека представлена эндокринными железами, органами с эндокринной тканью и органами с эндокринной функцией отдельных клеток: ♦Эндокринные железы: •гипофиз; •щитовидная железа; •околощитовидные (паращитовидные) железы; •надпочечники; •эпифиз. ♦Органы с эндокринной тканью: •поджелудочная железа (островки Лангерганса); •половые железы (семенники и яичники). ♦Органы с эндокринными клетками: •ЦНС (в особенности — гипоталамус); •сердце; •легкие; •желудочно-кишечный тракт (APUD-система); •почка; •плацента; •тимус; •предстательная железа. Характеристика гуморальных факторов регуляции Высшей формой гуморальной регуляции является гормональная. Термин «гормон» был впервые применен в 1905 г. Бейлиссом и Старлингом в отношении открытого ими вещества, продуцирующегося в двенадцатиперстной кишке, — секретина, способствующего образованию поджелудочного сока. Гормоны (от греч. Hormaino — приводить в движение, побуждать) — это высокоспецифические вещества, обладающие высокой активностью, вырабатываемые эндокринными железами или специализированными эндокринными клетками, выделяемые во внутреннюю среду (межклеточную жидкость, цереброспинальную жидкость, лимфу и кровь) и оказывающие дистантное действие на клетки – мишени. Клетки – мишени (ткани – мишени, органы – мишени) — образования, в которых имеются специфичные для данного гормона рецепторы. Некоторые гормоны имеют единственную ткань – мишень, тогда как другие оказывают влияние на весь организм. Исследования последних лет установили, что не только собственно железы внутренней секреции, но также и ряд органов и тканей обладают эндокринными функциями. Таким образом, продукция биологически активных веществ — это функция не только желез внутренней секреции, но и других традиционно неэндокринных органов: почек, желудочно-кишечного тракта, сердца. Не все вещества, образующиеся специфическими клетками этих органов, удовлетворяют классическим критериям понятия «гормоны». Поэтому, наряду с термином «гормон» в последнее время используются также понятия гормоноподобные и биологически активные вещества (БАВ), гормоны местного действия. Биологически активное вещество (БАВ) — субстанция, которая в микро- и наноконцентрациях оказывает выраженный физиологический эффект на различные функции организма. Так, например, некоторые из них синтезируются так близко к своим органам-мишеням, что могут достигать их диффузией, не попадая в кровоток. Клетки, вырабатывающие такие вещества, называют паракринными. Трудность точного определения термина «гормон» особенно хорошо видна на примере катехоламинов — адреналина и норадреналина. Когда рассматривается их выработка в мозговом веществе надпочечников, их обычно называют гормонами, если речь идет об их образовании и выделении симпатическими окончаниями, их называют медиаторами. Источники гормонов Клетки, выделяющие гормоны, обнаружены практически в каждом органе. Известно множество источников гормонов по своему происхождению и локализации это могут быть: I. Специализированные железистые клетки — гландулоциты, выделяющие биологически активные вещества во внутренние среды организма. По своему происхождению они являются производными эпителиальной, нервной и мезенхимальной ткани. Относительно крупные скопления эндокринных клеток имеются внутри неэндокринных органов (островки Лангерганса). Некоторые гландулоциты могут быть исчезающими (желтое тело, плацента). II. Нейросекреторные клетки — гормонпродуцирующие клетки в различных органах, сочетающие морфологические признаки нейронов и гландулоцитов, а также проводниковую и эндокринную функции. Нейротрансмиттеры выделяются нервными окончаниями этих клеток в синаптическую щель, передавая сигналы от нейрона к нейрону, мышечному волокну или секреторной клетке. III. Хромаффинные клетки — особый тип клеток с функцией внутренней секреции. В мозговом веществе надпочечников, в вегетативных ганглиях симпатической и парасимпатической нервной системы, частично в стенках магистральных сосудов рассеяны клетки, составляющие периферическую нейроэндокринную хромаффинную ткань. По происхождению и функционально хромаффинные клетки связаны с симпатической нервной системой и вместе составляют симпатоадреналовую систему быстрого реагирования. Хромаффинные клетки вырабатывают норадреналин, адреналин и ряд регуляторных пептидов. IV. Специализированные тканевые образования, основная функция которых заключается в выработке гистогормонов. Характерным признаком гистогормонов является их способность обеспечивать взаимодействие и регуляцию клеток на «местном» уровне, практически без вмешательства нервной системы. Все они осуществляют внутреннюю секрецию, т. е. выделяют биологически активные вещества — гормоны во внутреннюю среду организма непосредственно через клеточную мембрану без нарушения ее целости. Они регулируют функции клеток за счет изменения их энергетического обмена, клеточной рецепции, образования вторичных посредников, модуляции биофизических и электрических свойств — проницаемости и возбудимости мембраны, величины мембранного потенциала. Тканеспецифические гистогормоны локального действия: а) факторы роста нервов, тромбоцитов, эритроцитов (эритропоэтины); б) другие цитокины, действуют только на обозначенные мишени. Примером таких тканевых гормонов служат активные вещества, выделяемые слизистой пищеварительного тракта и влияющие на его моторную и секреторную деятельность (гастрин, секретин и др.). Отдельное место занимают неспециализированные клетки, выделяющие так называемые тканевые гормоны, которые могут вырабатываться не специализированными клетками или в плазме крови из химических предшественников при определенных воздействиях (болевое раздражение, воспаление, инсоляция и др.). Факторами гуморальной регуляции могут также являться продукты клеточного метаболизма. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГОРМОНАХ Функции гормонов Физиологическая роль эндокринных желез связана с их влиянием на механизмы регуляции и интеграции, адаптации, поддержания постоянства внутренней среды организма. Все многообразие и действие гормонов сводится к их метаболическим, морфогенетическим, кинетическим и корригирующим влияниям на организм. Это значит, что они контролируют жизнедеятельность в целом, являясь неотъемлемым и обязательным компонентом любой функциональной системы. Под влиянием гормонов в клетках запускаются каскады внутриклеточных процессов — активирование и инактивация ферментов, гормоны изменяют проницаемость мембран, влияют на клеточный метаболизм; контролируя генетический аппарат, обеспечивают рост, дифференцировку тканей и развитие организма. Очевидна роль гормонов в поддержании гомеостаза, адаптации к постоянно меняющимся условиям внешней среды, ритмической организации физиологических функций, адекватной психической деятельности и интеллекте, размножении и вскармливании потомства . Эндокринная система выполняет специфическую функцию — гормональную регуляцию важнейших физиологических процессов: • Регуляция всех видов обмена веществ. «Метаболический эффект» гормонов заключается в их способности изменять активность ферментов и, следовательно, обмен веществ не только в клетках, но и во всем организме в целом. Все гормоны обладают способностью влиять на обмен веществ, но преимущественное действие на метаболизм оказывают йодсодержащие гормоны (тироксин и трийодтиронин); инсулин; гормон роста и соматомедины; катехоламины; женские и мужские половые гормоны. Различают две стороны обмена веществ: анаболизм и катаболизм. Анаболизм — совокупность процессов, обеспечивающих пластические функции организма, синтеза тканевых и клеточных структур, а также необходимых для жизнедеятельности соединений. Это понятие наиболее часто применяется в отношении обмена белков. Поэтому, гормоны, усиливающие процессы синтеза белков, получили название анаболических. Катаболизм — совокупность метаболических процессов, сопровождающих распад веществ и освобождение энергии, которая расходуется на синтез, деятельность органов, физический и умственный труд, поддержание постоянной температуры тела. Гормоны, усиливающие процессы распада веществ, в первую очередь, распада белка, получили название катаболических. К таким веществам относятся кортикотропин, глюкокортикоиды (кортизол), глюкагон, тироидные гормоны, катехоламины в больших нефизиологических концентрациях. • Поддержание гомеостаза и адаптации. Гормоны приспосабливают организм к изменяющимся условиям внутренней или внешней среды. • Обеспечение полноценного физического, умственного и полового развития: «морфогенетический эффект» гормонов заключается в их влиянии на процессы формообразования, дифференцировки и роста структурных элементов. Осуществляются эти процессы за счёт изменений генетического аппарата клетки и обмена веществ. Примерами могут быть: влияние соматотропина и соматомединов на рост тела и внутренних органов; половых гормонов — на развитие вторичных половых признаков; тироидных гормонов — на рост мышц, дифференцировку нейронов и др. Так, при нехватке тироидных гормонов у детей могут наблюдаться отставания в умственном, физическом и половом развитии. • Кинетическое-пусковое (включающее определенную деятельность исполнительных органов). • Корригирующее (изменяющее интенсивность деятельности исполнительных органов и тканей). • Поведенческие гормоны влияют на течение основных нервных процессов, память, эмоции, поведение. Классификация гормонов По химической структуре гормоны, а также другие биологически активные вещества регуляторного характера (например: факторы роста, интерлейкины, ангиотензины и ряд других) подразделяются на производные аминокислот, белково-пептидные, стероидные и производные арахидоновой кислоты: Производные аминокислот: тирозина (дофамин, норадреналин, адреналин); йодсодержащие гормоны щитовидной железы — тироксин, трийодтиронин; триптофана (серотонин, мелатонин); гистидина (гистамин). Белково-пептидные гормоны: — полипептиды (кортикотропин, меланотропин, вазопрессин, окситоцин, пептидные гормоны желудка и кишечника); белки (инсулин, глюкагон, соматотропин); сложные белки (гликопротеиды) — тиротропин, фоллитропин, лютропин. Стероидные гормоны (производные холестерина): глюкокортикоиды, минералокортикоиды, андрогены эстрогены и прогестерон. К этой группе можно отнести гормональную форму витамина D — кальцитриол. Особо следует выделить класс биологически активных веществ, производные арахидоновой кислоты (эйкозаноиды). Эйказаноиды (от греч. Eikosi — двадцать) состоят (как и арахидоновая кислота) из 20 атомов углерода. К ним относятся простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены, обладающие широким спектром действия и высокой физиологической активностью, многие из них функционируют только внутри клетки. Химическая структура определяет особенности синтеза, транспорта, механизм взаимодействия с клетками-мишенями, период полужизни и способ инактивации гормона. От сложности строения гормона зависит продолжительность его биологического действия, например, от долей секунды у медиаторов и пептидов до часов и суток у стероидных гормонов и йодтиронинов. Анализ химической структуры и физико-химических свойств гормонов помогает понять механизмы их действия, разрабатывать методы их определения в биологических жидкостях и осуществлять их синтез. По функциональному признаку гормоны разделяют на: Эффекторные гормоны — действующие непосредственно на органы мишени (инсулин, СТГ, пролактин, меланотропин, вазопрессин, окситоцин). Тропные гормоны — регулируют выделение и синтез эффекторных гормонов. Например, гормоны гипофиза, действующие на другие железы (АКТГ, ТТГ, ГТГ). Релизинг-гормоны — гормоны гипоталамуса действующие на гипофиз (либерины и статины) и регулирующие выделение тропных гормонов. Эти гормоны выделяются нейросекреторными клетками гипоталамуса и с помощью этих гормонов ЦНС регулирует функции эндокринной системы. Общие свойства гормонов Несмотря на то, что гормоны имеют разное химическое строение, для них характерны некоторые общие биологические свойства. Выделяют следующие свойства гормонов: дистантный характер действия (органы и системы, на которые действует гормон, расположены далеко от места его образования); высокая биологическая активность (гормоны вырабатываются железами в малых количествах, эффективны в очень небольших концентрациях, небольшая часть гормонов циркулирует в крови в свободном активном состоянии), т. е. они эффективны в чрезвычайно низких концентрациях, порядка 10-6–10-12 моль/л; строгая специфичность действия (ответные реакции на действие гормона строго специфичны и не могут быть вызваны другими биологически активными агентами). Основные формы передачи сигнала Способы взаимодействия сигналов и клеток-мишеней многообразны. К настоящему времени известны следующие варианты действия сигналов на клетки. Аутокринное действие оказывают гормоны, высвобождающиеся из секретирующей клетки и действующие на нее же. Паракринным действием обладают вещества (тканевые гормоны), поступающие из секретирующей клетки в межклеточное пространство и влияющие путем местной диффузии на соседние клетки. Таким образом действуют гастроинтестинальные гормоны и так называемые местные тканевые гормоны (аутокоиды) — простогландины, вазоактивные кинины, серотонин, гистамин, а также метаболиты. Эндокринное действие — сигнальное вещество (гормон) секретируется в кровь и достигает клеток-мишеней, которые находятся на значительном удалении от места образования. Дистантным сигнальным действием обладают все традиционные «классические» гормоны желез внутренней секреции. Нейрокринное, или нейроэндокринное, действие обеспечивается нейросекретами белковой и пептидной природы (регуляторные пептиды, нейрогормоны), которые высвобождаются из окончаний нейросекреторных клеток, нервных окончаний и выполняют функцию нейротрансмиттера или нейромодулятора, т. е. вещества, изменяющего (обычно усиливающего) действие гормона. Во всех случаях сигнал обнаруживается специфическим рецептором и преобразуется в клеточный ответ. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ. Внутриклеточное взаимодействие гормонов Взаимодействие гормонов в клетках осуществляется в разных формах: эффекты одних могут блокировать, усиливать либо ослаблять действие других гормонов. Синергизм — однонаправленное действие гормонов, Например, адреналин и глюкагон являются синергистами в регуляции уровня глюкозы, стимулируя распад гликогена и приводя к повышению содержания глюкозы в крови; соматотропин, инсулин, тироксин синергичны в стимуляции ростовых процессов; лютропин, эстрогены, глюкокортикоиды и инсулин —в отношении молочной железы. Антагонизм — противоположно направленное действие гормонов. Например, паратирин (паратгормон) и кальцитонин — антогонисты в регуляции кальциевого обмена; глюкагон и инсулин по отношению к углеводному и липидному обмену. Пермиссивный эффект — гормон, сам не вызывая физиологического эффекта, создает условия для действия других гормонов на клетки-мишени. Например, глюкокортикоиды значительно повышают чувствительность адренорецепторов к катехоламинам; тироксин обладает пермисивным действием по отношению к гормонам, регулирующим рост. Каждый гормон может разнонаправленно действовать и в пределах одной и той же клетки в зависимости от его концентрации и функционального состояния клетки. Гормоны характеризуются полиморфизмом действия. Один и тот же гормон в разных тканях может воспроизводить противоположные эффекты. Например, пролактин (гормон аденогипофиза) способствует развитию специфической ткани молочных желез и стимулирует лактацию. Одновременно в других органах (яичники) он поддерживает секреторную активность желтого тела и образование прогестерона. В женском и мужском организмах один и тот же гормон действует поразному. Например, у женщин гормон гипофиза фоллитропин (фолликулостимулирующий гормон — ФСГ) действует на яичники, способствует созреванию фолликулов и развитию яйцеклетки. В мужском организме фоллитропин действует на яички, активирует развитие клеток Сертоли и обеспечивает созревание сперматозоидов. Взаимодействие гормонов с клетками-мишенями Гормоны, в широком смысле слова, являются биологически активными веществами и носителями специфической информации, с помощью которой осуществляется связь между различными клетками и тканями, что необходимо для регуляции многочисленных функций организма. Осуществляя внутриклеточные, межклеточные и межорганные связи, гормоны выполняют информационные (сигнальные) и специализированные регуляторные функции. Главные функции гормонов связаны с активацией генетического аппарата, обеспечением роста, физического, полового и интеллектуального развития, адаптацией организма, поддержанием постоянства внутренней среды и модуляцией текущей активности различных органов. Гормоны во многих случаях обладают выраженной тропностью физиологического действия. Например, действие гонадотропинов преимущественно направлено на клетки гонад, тиротропного гормона — тироциты, АКТГ — на клетки определенных зон коры надпочечников и адипоциты, эстрогенов — на клетки органов женской половой сферы. После синтеза, секреции и транспорта начинается взаимодействие гормона с клеткой-мишенью. Органы ткани, клетки, избирательно реагирующие на гормон и отвечающие специфическим биологическим эффектом, называют соответственно органами-, тканями-, клетками-мишенями, или гормонкомпетентными клетками. Например, для гонадотропинов, ТТГ и АКТГ такими органами могут быть скелетные мышцы, органы ЖКТ и сердечно-сосудистой системы, для эстрогенов — эритроциты, клетки селезенки и т. д. Остальные структуры обозначают как гормонрезистентные структуры. Почти нет гормонов, которые бы сами действовали прямо на клетку. Информация, содержащаяся в гормонах, достигает своего адресата благодаря наличию рецепторов, которые переводят ее в пострецепторное действие (влияние), сопровождающееся определенным биологическим эффектом. Основная характеристика рецепторов — их специфичность. Гормоны, нейромедиаторы, цитокины действуют как первичные мессенджеры (сигнальные вещества), которые транспортируются к клеткам- мишеням, имеющим высокоаффинный связывающий центр (рецептор) для своего специфического мессенджера. Таким образом, они осуществляют свое биологическое действие, комплексируясь с рецепторами — информационными молекулами, трансформирующими гормональный сигнал в гормональное действие. Под влиянием гормонов в клетках запускаются каскады внутриклеточных процессов — активирование и инактивация ферментов, изменение мембранных белков и проницаемости мембран, транспорт ионов, обмен, транскрипцию, синтез ДНК, РНК, рост клетки и ее деление. Гормональные рецепторы — специфические структуры — специальные клеточные белковые молекулы, содержащие высокоспецифические локусы для связывания гормонов, в результате взаимодействия с которым проявляются специфические эффекты гормонов. Расположение рецепторов для различных гормонов может быть следующим: 1)на поверхности клеточной мембраны (для большинства белковых гормонов и катехоламинов); 2)в цитоплазме клетки (стероидные гормоны); 3)в ядре клетки (для Т3 и Т4). Большинство гормонов (50 %) взаимодействуют с рецепторами, расположенными на плазматических мембранах клеток, а другие гормоны — с рецепторами, локализованными внутриклеточно, т. е. с цитоплазматическими и ядерными рецепторами. Связывание гормона с рецептором вызывает цепь сложных биохимических реакций, конечным итогом которых является изменение синтеза определенных белков, что принято считать биологическим эффектом данного гормона.
