Гормональная регуляция физиологических функций
Особенно важную роль в гуморальном взаимодействии органов, тканей и клеток играют те из них, которые имеют специализированную способность вырабатывать вещества, изменяющие состояние организма, функцию, обмен веществ и структуру органов и тканей. Эти вещества называют гормонами (от греческого слова «horman» — возбуждать), а выделяющие их органы—эндокринными железами, или железами внутренней секреции. Они названы так потому, что в отличие от желез внешней секреции не имеют выводных протоков и выделяют образующиеся в них вещества непосредственно в кровь.
К железам внутренней секреции относятся гипофиз, щитовидная железа, околощитовидные железы, островковый аппарат поджелудочной железы, кора и мозговое вещество надпочечников, половые железы и плацента, эпифиз. Наименования желез внутренней секреции, выделяемых ими гормонов и их физиологическое действие приведены в табл. 8. Кроме того, гормоны выделяются некоторыми органами и тканями, несущими в организме, помимо эндокринной, другую специализированную функцию (почки, пищеварительный тракт и др.).
Гормоны обладают дистантным действием, т. е. поступая в кровяное русло, могут оказывать влияние на весь организм и на органы и ткани, расположенные вдали от той железы, где они образуются.
Выделяют четыре типа влияния гормонов на организм:
- метаболическое (действие на обмен веществ);
- морфогенетическое (стимуляция формообразовательных процессов, дифференцировки, роста, метаморфоза);
- кинетическое (включающее определенную деятельность исполнительных органов);
- корригирующее (изменяющее интенсивность функции органов и тканей).
Характерным свойством гормонов является их высокая физиологическая активность. Это означает, что очень малое количество гормона может вызвать изменения функций организма. Так, адреналин, действует на изолированное сердце в концентрации 1:10⁻⁷г/мл. Достаточно 1 г инсулина, чтобы понизить уровень сахара у 125 000 кроликов.
Гормоны сравнительно быстро разрушаются в тканях, в частности печени. По этой причине для поддержания достаточного количества гормонов в крови и обеспечения более длительного или непрерывного действия необходимо постоянное выделение их соответствующей железой.
К настоящему времени удалось расшифровать структуру большинства известных гормонов и синтезировать их. На основе общности химической структуры, путей эволюционного развития, близости физико-химических и биологических свойств известные гормоны позвоночных могут быть разделены на три основных класса:
- стероиды;
- производные аминокислот;
- белково-пептидные соединения.
Стероидные гормоны и гормоны — производные аминокислот не имеют видовой специфичности и обычно оказывают однотипное действие на представителей разных видов.
Белково-пептидные гормоны, как правило, обладают видовой специфичностью. Выделенные из организма животного, они не всегда могут быть использованы для введения человеку, так как подобно любым чужеродным белкам могут вызвать защитные (иммунные) реакции организма, например образование специфических антител, которые инактивируют данный гормон при повторном его введении, а также могут вызывать явления аллергии.
Отдельные фрагменты молекул гормонов несут различную функцию: фрагменты (гаптомеры), обеспечивающие поиск места («адреса») действия гормона; фрагменты, обеспечивающие специфические влияния гормона на клетку (актоны); фрагменты, регулирующие степень активности гормона и другие свойства его молекулы.
Гормоны транспортируются кровью не только в свободном (водорастворимые гормоны), но и в связанном с белками плазмы крови или ее форменными элементами виде. Существуют белки плазмы крови, избирательно связывающие определенные гормоны: γ-глобулины, альбумины, трансферон и другие белки, способные образовывать комплексы с различными гормонами.
Активность действия гормона в этом случае определяется не только концентрацией его в крови, но и скоростью отщепления от транспортирующих гормон белков или форменных элементов.
Важное значение имеет скорость поглощения (и разрушения) гормонов клетками органов и тканей; скорость разрушения их печенью и другими органами и выведения их почками.
Для определения интенсивности метаболизма гормонов используются время полураспада гормонов (T₁/₂), т. е. время, за которое концентрация введенной в кровь порции радиоактивного гормона уменьшается вдвое (табл. 9).
Интенсивность синтеза и выделения каждого гормона железой в данный момент регулируется в соответствии с величиной потребности организма в данном гормоне. Регуляция функций эндокринных желез осуществляется несколькими способами. Один из них — прямое влияние на клетки железы концентрации в крови того вещества, уровень которого регулирует данный гормон. Примером могут служить угнетение выработки паратгормона (повышающего уровень кальция в крови) при воздействии на клетку паращитовидных желез повышенных концентраций Са ²⁺ и стимуляция секреции этого гормона при падении уровня Са ²⁺ в крови.
Другим примером может быть усиление секреции инсулина (снижающего уровень глюкозы крови) при повышении концентрации глюкозы в крови, протекающей через поджелудочную железу.
Чаще всего регуляция секреции гормона соответствующим субстратом (или состоянием организма) осуществляется не прямо, а опосредованно — нейрогормональными или чисто гормональными механизмами (с участием других желез внутренней секреции).
Нервная регуляция деятельности желез внутренней секреции осуществляется в основном через гипоталамус и выделяемые им нейрогормоны.
Прямых нервных (нервно-проводниковых) влияний на. секреторные клетки желез внутренней секреции, как правило, не наблюдается (за исключением мозгового вещества надпочечников и эпифиза). Нервные волокна, иннервирующие железу, регулируют в основном тонус кровеносных сосудов и кровоснабжение железы (величина которого связана с интенсивностью их функции).
Как известно, нервная регуляция физиологических функций осуществляется строго локально — через определенные синапсы, напоминая по точности эффекта телеграфную связь, где телеграмма доставляется точно по определенному адресу. В отличие от этого принцип влияния гормонов напоминает радиосвязь, когда посылаемый в эфир сигнал адресуется «всем, всем, всем» (так как циркулирующий в крови гормон может действовать на любые органы и ткани).
В действительности же радиосигнал, посланный всем, доходит до адресата лишь при наличии приемника, точно настроенного на волну данной станции. Подобно этому и в организме гормон хотя и достигает с током крови всех органов и тканей, но действует при этом лишь на те клетки, ткани и органы, которые обладают специфическими рецепторами, настроенными на восприятие именно данного гормона. Такие органы и ткани получили название органов- и тканей-мишеней.
Рецептор представляет собою специальный белок, определенная часть молекулы которого обладает структурой, изоморфной определенному фрагменту (гаптомеру) молекулы гормона. Это и обеспечивает прием сигнала, т. е. специфическое взаимодействие гормона с клеткой. Данные рецепторы могут располагаться внутри клетки, но могут быть встроены в поверхностную мембрану клетки. Гормоны, плохо проникающие внутрь клетки (катехоламины и пептидные гормоны), фиксируются на мембране снаружи. В этом случае необходимо наличие внутриклеточных посредников-медиаторов, передающих влияние гормона на определенные внутриклеточные структуры. К таким медиаторам относятся циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), простагландины, Са ²⁺ и другие соединения. Эти медиаторы предсуществуют в клетке и поэтому обеспечивают быстрый специфический эффект указанных гормонов.
Гормоны, сравнительно легко проникающие через мембрану клетки (стероидные и в некоторой степени тиреоидные гормоны), оказывают непосредственное специфическое влияние на определенные внутриклеточные структуры. Их действие развертывается и осуществляется длительно, так как они, как правило, влияют на процессы транскрипции, осуществляющиеся в клеточном ядре, изменяя процессы синтеза определенных клеточных белков.
