Физиология эндокринных желез организма. Гормоны, их свойства и функции

Физиология  эндокринных желез организма. Гормоны, их свойства и функции.

 

Эндокринные железы (от греч. endon - внутри, crio - выделяю) или железы внутренней секреции, представляют собой специализированные органы или группы клеток, основная функция которых заключается в выработке и выделении во внутренюю среду организма специфических биологически активных веществ. Железы внутренней секреции не имеют выводных протоков. Их клетки оплетены обильной сетью кровеносных и лимфатических сосудов, и продукты жизнедеятельности выделяются непосредственно в кровь, лимфу, тканевую жидкость. Эта особенность принципиально отличает эндокринные железы от экзокринных, которые выделяют свои секреты через выводные протоки.

Продукты, вырабатываемые железами внутренней секреции, получили название гормонов (греч. hormao - возбуждаю, активирую). Термин «внутренняя секреция» был предложен в 1885 году французским физиологом К. Бернаром, а термин «гормон» - английскими физиологами У. Бейлисом и Е. Старлингом в 1902 году.

Для гормонов характерны следующие  особенности:

Синтез и выделение  их осуществляется специализированными  клетками. Гормоны образуются в железистых эндокринных клетках, после чего они поступают во внутреннюю среду, в основном в кровь и лимфу. Промежуточные продукты синтеза или метаболизма гормонов нередко обладают биологической активностью, но, как правило, не серкетируются.

Высокая биологическая  активность. Гормоны оказывают физиологическое действие в очень малых концентрациях. Так, концентрация женского полового гормона (эстрадиола) в крови колеблется от 0,2 до 0,6 мкг (Ю^-6 г) в 100 мл плазмы. Содержание гормона роста в крови измеряется еще меньшими величинами - наниграммами (КГ⁹ г). Гипофиз реагирует на пикограммы (Ю^-12 г) гипоталамических гормонов, ангиотензин-П-продукт эндокринных клеток почек - вызывает чувство жажды в фемтограммах (Ю^-15 г). Кроме гормонов, никакие другие химические продукты жизнедеятельности не эффективны в таких малых дозах.

Специфичность. Каждый гормон характеризуется определенными, присущими только ему химической структурой, местом синтеза и функцией. В связи с этим дефицит какого-либо гормона не может быть восполнен другими гормонами или биологически активными веществами.

Дистантность действия. Гормоны, как правило, переносятся кровью далеко от места образования, влияя на отдаленные органы и ткани. Этим они отличаются от медиаторов и цитокинов, действующих на одну клетку или группу клеток на месте их образования.

 

Химическая структура  гормонов и их превращение в организме

 

По химическому строению гормоны  можно разделить на 4 основные группы:

1. белки и пептиды;
2. производные аминокислот;
3. стероиды;
4. простагландины.

Примерами белковых гормонов могут  служить инсулин, соматотропин (гормон роста), тропные гормоны передней доли гипофиза. Некоторые из них (фоллитропин, тиреотропин, лютропин) относятся к сложным белкам, другие (инсулин, кальцитонин и др.) – к простым белкам. Пептидную структуру имеют глюкагон, вазопрессин, окситоцин, гипоталамические гормоны. К производным аминокислот относятся гормоны щитовидной железы - трийодтиронин, тироксин, а также адреналин и норадреналин. Стероидные гормоны имеют в своей основе ядро циклического углеводорода циклопентанпергидрофенантрена. К этой группе относятся гормоны коры надпочечников и половых желез.

Основные этапы образования  и превращения гормона можно  представить следующим образом:

1. биосинтез гормона;
2. секреция, т.е. выделение из эндокринной клетки;
3. транспорт кровью к периферическим тканям;
4. распознавание гормонального сигнала клетками-мишенями;
5. трансдукция (перевод) гормонального сигнала в биологический ответ;
6. гашение гормонального сигнала.

 

Органы и ткани с инкреторной  функцией клеток

№	Органы и ткани	Клетки	Гормоны
1.	Плацента	Синцитиотрофобласты Цитотрофобласт	Хорионический гонадотропин, пролактин Эстриол, прогестерон
2.	Тимус	Тимоциты	Тимозин, тимопоэтин
3.	Почка	ЮГА Интерстиций Канальцы	Ренин Эритропоэтин Кальцитриол
4.	Сердце	Миоциты предсердий	Атриопептид, соматостатин, ангиотензин-П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Органы, ткани и клетки с эндокринной  функцией

№	Структуры	Ткани, клетки		Гормоны
1.	Гипоталамус	Нервные клетки мелкоточечных структур		Гипоталамические  нейрогормоны:
		Заднего гипоталамуса Нервные клетки крупноклеточных ядер переднего гипоталамуса		а) либерины: кортиколиберин, тиролиберин, люлиберин, фоллиберин, соматолиберин, пролактолиберин, меланолиберин; б) статины: пролактостатин, меланостатин, соматостатин Вазопрессин, окситоцин
2.	Гипофиз Аденогипофиз Нейрогипофиз	Кортикотрофы Гонадотрофы Тиреотрофы Соматотрофы Лактотрофы Питуициты		Кортикотропин, меланотро- пин Фоллитропин, лютропин Тиреотропин Соматотропин Пролактин Вазопрессин, окситоцин
3.	Надпочечники Корковое вещество Мозговое вещество		Клубочковая зона Пучковая зона Сетчатая зона Хромаффинные клетки		Минералокортикоиды Глюкокортикоиды Половые стероиды: андрогены, эстрогены Андреналин, норадреналин
4.	Щитовидная железа		Фолликулярные тиреоциты К-клетки		Трийодтиронин, тетрайодтиронин Кальцитонин, катакальцин, Ко-кальцигенин
5.	Околощитовидные железы		Главные клетки К-клетки		Паратирин Кальцитонин
6.	Эпифиз		Пинеоциты		Мелатонин
7.	Поджелудочная железа		Островки  Лангерганса: ос-клетки Р-клетки А-клетки		Глюкагон Инсулин Соматостатин
8.	Половые железы (семенники, яичники)		Клетки  Лейдига Клетки Сертоли Клетки гранулезы Желтое тело		Тестостерон Эстрогены, ингибин Эстрадиол, эстрон, прогестерон Прогестерон

 

1. Биосинтез гормонов запрограммирован в генетическом аппарате специализированных эндокринных клеток. Следовательно, он зависит от структуры и экспрессии генов, кодирующих синтез этих гормонов, а также от ферментов, регулирующих синтез гормона и посттрансляционные процессы. Отсутствие или дефект соответствующих генов приводит к эндокринопатии. Примером может служить карликовость при генетическом дефекте гормона роста.

2.Секреция гормонов. Как указывалось, важнейший признак любого гормона - его секретируемость. Упакованный в везикулы или гранулы гормон транспортируется по направлению к цитоплазматической мембране. Выходу белково-пептидных гормонов и катехоламинов из клетки предшествует взаимодействие цитоплазматической мембраны и мембраны секреторной гранулы. После этого происходит их лизис и выход гормона из клетки. Данный процесс активируется многими факторами медиаторами, высокой концентрацией калия, электрическими стимулами и др. Секреция гормона - акт, сопровождаемый затратой энергии, поэтому она всегда сопряжена со сдвигами в системе АТФ - цАМФ. Для секреции необходимо участие ионов кальция, которые активируют белки микротубулярно-микрофиламентозной системы, способствуя взаимодействию с ними гранул гормона, и влияют на образование цАМФ. Поэтому снижение содержания ионов кальция во внеклеточной среде и поступление его в эндокринную клетку неминуемо приводит к уменьшению секреторной активности этой клетки.

3.Транспорт гормонов. Секретируемый гормон попадает во внутреннюю среду организма, преимущественно в кровь, и транспортируется далее. Большинство гормонов образует в крови комплексные соединения с белками плазмы. Часть этих белков - специфические транспортные протеины (например, транскортин, связывающий гормоны коры надпочечников), часть - неспецифические (например, у-глобулины). Комплексирование с белками - обратимый процесс. Кроме того, часть гормонов связана в крови с форменными элементами, в частности эритроцитами.

Образование связанной формы гормонов имеет большое физиологическое значение. Во-первых, это предохраняет организм от избыточного накопления в крови (и, следовательно, влияния на ткани) свободных гормонов. Во-вторых, связанная форма гормона является его физиологическим резервом. В-третьих, связывание с белками способствует защите гормона от разрушения ферментами, т.е. продлевает его жизнь. Наконец, комплексирование с белками препятствует фильтрации мелкомолекулярных гормонов через почечные клубочки и тем самым удерживает эти важные регуляторные процессы.

4. Распознавание гормонального сигнала. После поступления в периферические органы гормоны, как правило, освобождаются от белкового компонента и, фиксируясь на определенных рецепторах клеток, воспринимающих данный гормон (клетках-мишенях), осуществляют свое специфическое действие. В процессе периферического действия гормонов происходят их различные превращения. При этом возможно образование новых гормональных продуктов, нередко более активных или производящих иное биологическое действие, чем исходный гормон. Так, гормон щитовидной железы тироксин может в тканях превращаться в трийодтиронин - более активный гормон этой же железы. Андрогены (мужские половые гормоны) превращаются в гипоталамусе в эстрогены - женские половые гормоны. Трансдукция гормонального сигнала в биологический ответ органически связана с механизмом действия этого гормона.

Действие любого гормона на клетки-мишени всегда начинается с взаимодействия его с определенными компонентами клетки. Это явление называется рецепцией гормона, а клеточные компоненты, взаимодействующие с гормоном, - рецепторами. Рецепторами гормонов являются кислые крупномолекулярные олигопептиды.

Структура рецепторной молекулы характеризуется  асимметричностью. Выделяют три ее участка:

1. связывающий гормон;
2. эффекторный, передающий гормональный сигнал на внутриклеточные механизмы, т.е. осуществляющий трансдукцию сигнала в биологический ответ;
3. сопрягающие первый и второй участки.

Рецепторы располагаются либо внутриклеточно, либо на поверхности цитоплазматической мембраны. Внутриклеточные рецепторы связывают стероидные и тиреоидные гормоны, мембранные рецепторы - остальные гормоны. Считается также, что функция распознавания специфического гормонального сигнала у всех клеток для всех гормонов осуществляется мембранным рецептором, а после связывания гормона с соответствующим ему рецептором дальнейшая роль гормон-рецепторного комплекса для пептидных и стероидных гормонов различна.

У пептидных, белковых гормонов и катехоламинов  гормон-рецепторный комплекс приводит к активации мембранных ферментов и образованию различных вторичных посредников (мессенджеров) гормонального регуляторного эффекта, реализующих свое действие в цитоплазме, органоидах и ядре клетки.

Известны четыре системы вторичных  посредников:

1. аденилатциклаза - циклический аденозинмонофосфат (цАМФ);
2. гуанилатциклаза - циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ);
3. фосфолипаза С - инозитолтрифосфат (ИТФ);
4. ионизированный кальций.

4.1. Система «аденилатциклаза - цАМФ». Мембраны фермент аденилатциклаза может находиться в двух формах - активированной и неактивированной. Активация аденилатциклазы происходит под влиянием гормон-рецепторного комплекса, образование которого приводит к связыванию гуанилового нуклеотида (ГТФ) с особым регуляторным стимулирующим белком (GS-белок), после чего GS-белок вызывает присоединение магния к аденилатциклазе и ее активацию. Так действуют активизирующие аденилатциклазу гормоны глюкагон, тиреотропин, паратирин, вазопрессин, гонадотропин и др. Некоторые гормоны, напротив, подавляют аденилатциклазу (соматостатин, ангиотензин-П и др.).

Под влиянием аденилатциклазы из АТФ синтезируется цАМФ, вызывающий активацию протеинкиназ в цитоплазме клетки, обеспечивающих фосфорилирование многочисленных внутриклеточных белков. Это изменяет проницаемость мембран, т.е. вызывает типичные для гормона метаболические и, соответственно, функциональные сдвиги. Внутриклеточные эффекты цАМФ проявляются также во влиянии на процессы пролиферации, дифференцировки, на доступность мембранных рецепторных белков молекулам гормонов.