Лекция 11
ГУМОРАЛЬНЫЕ ВЗАИМОСВЯЗИ В ОРГАНИЗМЕ
План лекции
1. Представления о гуморальных механизмах регуляции.
2. Понятие гормона, классификация гормонов, механизмы действия на клетки мишени.
3. Понятие о железах внутренней секреции, классификация желез внутренней секреции.
4. Регуляция активности желез внутренней секреции.
В процессе эволюции при образовании многоклеточных организмов возникла необходимость возникновения механизмов, обеспечивающих взаимосвязь, как между отдельными клетками тканей, так и отдельными органами в целом организме.
В результате эволюционного отбора сформировались два механизма объединения (интеграции) элементов в целое – механизмов нервной и гуморальной регуляции. О механизмах нервной регуляции мы говорили с вами на предыдущих лекциях. Сегодня поговорим о механизмах гуморальной регуляции.
Гуморальная регуляция – совокупность физиологических, биохимических и биофизических механизмов, обеспечивающих изменение состояния отдельных клеток, тканей, органов и систем посредством химических соединений через внутреннюю среду организма.
Понятие внутренней среды организма ввел известный французский физиолог Клод Бернар. Под внутренней средой организма он понимал совокупность биологических жидкостей – кровь, лимфу, тканевую жидкость.
Химические вещества, которые могут включаться в механизмы гуморальной регуляции можно разделить на три класса:
1) Растворимые в воде соли или электролиты;
2) Продукты метаболизма или метаболиты.
3) Биологически активные вещества, включая гормоны;
К первой группе можно отнести соединения калия, натрия, кальция, магния. Впрочем, в организме человека можно обнаружить почти все известные на сегодняшний день элементы. Поэтому каждое из этих соединений при увеличении или уменьшении его содержания во внутренней среде организма в той или иной степени влиять на состояние клеток, тканей, органов или систем.
Ко второй группе химических соединений относят диоксид углерода (СО2), угольную кислоту (Н2СО3), молочную кислоту, пировиноградную кислоту, продукты расщепления АТФ (АДФ, неорганический фосфор и др.).
К третьей группе относят гормоны и парагормоны (тканевые гормоны). Термин гормон был предложен английскими физиологами В.Бейлисом и Е.Старлингом в 1905 году. Термин гормон происходит от греческого термина hormao – привожу в движение, побуждаю.
Гормонами называют высокоактивные химические вещества, образующиеся и выделяющиеся специализированными клетками, тканями или органами во внутреннюю среду организма.
Гормоны отличаются от других веществ, оказывающих свое влияние гуморально, по следующим критериям:
1) Гормоны образуются специализированными клетками;
2) Гормоны оказывают свое влияние дистантно, по принципу «Всем! Всем! Всем!», но взаимодействуя лишь с клетками-мишенями.
3) Гормоны обладают чрезвычайно высокой биологической активностью. Например, вам известно, что адреналин увеличивает частоту и силу сердечных сокращений. Согласно расчетам, 1 грамм адреналина способен активировать 100 000 000 изоли-рованных сердец лягушек. Вам известен гормон инсулин, который участвует в регуляции обмена глюкозы. 1 грамм инсулина способен понизить уровень глюкозы в крови у 125 000 кроликов.
Источники гормонов
Источниками гормонов могут являться:
1) Эндокринные специализированные железы, например щитовидная железа, надпочечники, околощитовидная железа;
2) Эндокринная ткань в органе. Например, эндокринная ткань, содержащая α и β клетки, в поджелудочной железе.
Рассеянные клетки, обладающие эндокринной функцией. Например, G клетки пилорического отдела желудка, вырабатывающие гормон гастрин.
Клетки, которые наряду с эндокринной функцией выполняют еще и другие специализированные функции. Например, нервные клетки гипоталамуса (промежуточный мозг), выполняют свои функции нервных клеток (генерация потенциала действия и проведение его к другим нервным клеткам). Кроме того, нервные клетки этой области способные синтезировать и секретировать гормоны. Например, антидиуретический гормон или вазопрессин и окцитоцин. Первый гормон принимает участие в регуляции объема выделяемой во внешнюю среду мочи, второй – в регуляции сократительной активности гладкой мускулатуры матки.
Классификация гормонов
1. Деление гормонов на группы по критерию химического строения. По данному критерию выделяют три группы гормонов.
А) Гормоны, производные аминокислот. Например, адреналин, гормон мозгового слоя надпочечников, является производным от аминокислоты тирозина. Йод содержащие гормоны щитовидной железы также являются производными от аминокислоты тирозина.
Б) Гормоны белковой природы.
В данной группе выделяют три подгруппы:
- олигопептиды, белки с малой молекулярной массой, например, антидиуретический гормон (синоним вазопрессин), окситоцин, гастрин и другие;
- собственно белки, например, инсулин, глюкагон и другие;
- глюкопротеиды, например, фоликулостимулирующий гормон, лютеинизирующий гормон.
В) Стероидные гормоны. К этой группе относят гормоны коры надпочечников, половые гормоны.
2. Деление гормонов по механизму действия. По данному критерию гормоны делят на две группы:
А) Гормоны мембранного типа действия, например, инсулин, глюкагон. Рецепторы, чувствительные к гормонам этого типа встроены в биологическую мембрану клеток мишеней. Поэтому гормон «находит» рецептор на мембране клетки-мишени и взаимодействует с ним. Далее гормон-рецепторный комплекс активирует вторичные посредники, которые сопрягают мембранные процессы с цитоплазматическими. В роли вторичных посредников могут выступать те же вещества, что участвуют при реализации передачи сигнала через синапс:
- аденилатциклаза – циклический аденозин-монофосфат (ЦАМФ);
- гуанилатциклаза – циклический гуанозин-монофосфат (ЦГМФ);
- фосфолипаза С – инозитол-3-фосфат;
- Са++ - кальмодулин.
Б) Гормоны внутриклеточного (цитозольного) типа действия. К этой группе относят стероидные гормоны, половые гормоны. Рецепторы, чувствительные к гормонам данного типа находятся внутри клеток. Поэтому гормоны этого типа должны проникнуть внутрь клетки, провзаимодействовать с рецептором, и только после этого они могут оказать свой эффект на клетку. Гормоны цитозольного типа действия оказывают свой эффект через наследственный аппарат клетки, находящийся в ядре.
3. Классификация гормонов по физиологическому эффекту. По этому критерию гормоны делят на:
- Эффекторные, т.е. оказывающие свой эффект на клетку мишень тканей и органов;
- Тропные или гормоны-регуляторы. Представители этой группы синтезируются в передней доле гипофиза. Основное назначение данных гормонов – регуляция активности гипофиз-зависимых желез внутренней секреции. К таким гормонам относят адренокортикотропный гормон, тиреотропный гормон, гонадо-тропный гормон.
- Нейрогормоны (регуляторы-регуляторов). К этой группе относят рилизинг-гормоны (либерины и статины), которые выраба-тываются в гипоталамической области. Основное назначение гормонов этой группы – регуляция активности клеток аденогипофизи по выработке тропных гормонов.
Синтез гормонов эндокринными клетками происходит непрерывно. Его интенсивность зависит не только от регуляторных сигналов звена управления, но и от величины секреции, т.е. регуляция активности желез внутренней секреции осуществляется как по возмущению, так и по отклонению. Известный в биохимии принцип торможения конечным продуктом обусловливает подавление активности процессов синтеза гормона при его накоплении в продуцирующих клетках. Выделение гормона из клеток желез внутренней секреции приводит к увеличению его синтеза. Активность желез внутренней секреции может также зависеть от концентрации гормона во внутренней среде организма. При высокой концентрации гормона во внутренней среде организма активность продуцирующих клеток снижается. Указанное обстоятель-ство требует осторожного использования гормонов с прикладными целями. Например, в спорте получило широкое применение анаболиков стероидной природы, препаратов, способствующих увеличению мышечной массы. Однако, в силу того, что анаболики этой группы по своей структуре близки к мужским половым гормонам, это может привести у мужчин к гипофункции половых желез с последующей их гипотрофией и даже атрофией. Наконец, в ряде случаев, количество синтезируемого и выделяемого во внутреннюю среду организма гормона зависит от количества во внутренней среде субстрата, содержание которого регулируется данным гормоном. Например, активность β клеток поджелудочной железы по синтезу и выделению во внутреннюю среду организма инсулина зависит от концентрации глюкозы: повышение содержания глюкозы во внутренней среде приводит к усилению синтеза и секреции β клетками инсулина.
Транспорт гормонов. Транспорт гормонов осуществляется, как правило, в связанной форме. Этот процесс осуществляется либо специальными белками переносчиками, которые циркулируют во внутренней среде организма, либо на поверхности мембраны клеток. Например, в роли переносчиков могут выступать эритроциты – клетки крови.
Типы действия гормонов на клетки мишени
1) Метаболическое действие. В этом случае гормоны вызывают изменение обмена веществ и энергии в клетках-мишенях. Данные изменения могут быть связаны с увеличением проницаемости биологических мембран, увеличением синтеза каких-либо ферментов или изменения их активности. Например, выраженным метаболическим эффектом обладают гормоны щитовидной железы.
2) Морфогенетическое действие. В этом случае гормоны влияют на процессы изменения клеток мишеней в ходе индивидуального развития человека. Например, соматотропин, гормон передней доли гипофиза оказывает влияние на рост человека. Половые гормоны участвуют в формировании вторичных половых признаков.
3) Кинетическое действие. Это действие гормонов связано с их способ-ностью запускать те или иные физиологические процессы. Например, окситоцин, гормон гипоталамической области активирует сокращение гладкой мускулатуры матки, а антидиуретический гормон включает механизм обратного всасывания воды в почках.
4) Коррегирующее действие. Это действие гормонов связано с их способностью модулировать текущую активность клеток мишеней, органов и тканей. Например, изменение частоты сердечных сокращений под действием адреналина.
5) Реактогенное действие. Это действие гормонов связано с их способностью менять реакцию клеток, тканей и органов на различные раздражители, в т.ч. на действие других гормонов. Например, гастрин и холецистокинин изменяют возбудимость нервных клеток центров голода и насыщения находящихся в гипоталамической области.
Понятие о железах внутренней секреции, классификация желез внутренней секреции
Железы внутренней секреции – это железы, не имеющие выводных протоков для выделения синтезируемых ими биологически активных веществ. Железы внутренней секреции выделяют синтезируемые ими биологически активные вещества во внутреннюю среду для распространения их по всему организму.
1). Железы внутренней секреции по критерию их локализации делят на центральные и периферические. К центральным относят эпифиз, гипоталамическую область, гипофиз. К периферическим железам внутренней секреции относят щитовидную, паращитовидную железы, надпочечники, островковый аппарат поджелудочной железы, половые железы, вилочковую железу и др.
2). По критерию механизма управления железы внутренней секреции делят на гипофиз зависимые и гипофиз независимые. К гипофиз зависимым железам внутренней секреции относят щитовидную железу, корковый слой надпочечников, половые железы, эпифиз. К гипофиз независимым железам внутренней секреции относят паращитовидную железу, островковый аппарат поджелудочной железы, мозговой слой надпочечников, вилочковую железу.