Гормоны вазопрессин и окситоцин синтезируются рибосомальным путем, причем одновременно в гипоталамусе синтезируются 3 белка: нейрофизин I, II и III, функция которых заключается в нековалентном связывании окситоцина и вазопрессина и транспорте этих гормонов в нейросекреторные гранулы гипоталамуса. Далее в виде комплексов нейрофизин–гормон они мигрируют вдоль аксона и достигают задней доли гипофиза, где откладываются про запас; после диссоциации комплекса свободный гормонсекретируется в кровь. Нейрофизины также выделены в чистом виде, и выяснена первичная структура двух из них (92 из 97 аминокислотных остатков соответственно); это богатые цистеином белки, содержащие по семь дисульфидных связей.
Химическое строение обоих гормонов было расшифровано классическими работами В. дю Виньо и сотр., впервые выделивших эти гормоны из задней доли гипофиза и осуществивших их химический синтез. Оба гормона представляют собой нонапептиды следующего строения:
Вазопрессин отличается от окситоцина двумя аминокислотами: он содержит в положении 3 от N-концафенилаланин вместо изолейцина и в положении 8 – аргинин вместо лейцина. Указанная последовательность 9 аминокислот характерна для вазопрессина человека, обезьяны, лошади, крупного рогатого скота, овцы и собаки. В молекуле вазопрессина из гипофиза свиньи вместо аргинина в положении 8 содержится лизин, отсюда название «лизин-вазопрессин». У всех позвоночных, за исключением млекопитающих, идентифицирован, кроме того, вазотоцин. Этот гормон, состоящий из кольца с S-S мостиком окситоцина и боковой цепью вазопрессина, был синтезирован химически В. дю Виньо задолго до выделения природного гормона. Высказано предположение, что эволю-ционно все нейрогипофизарныегормоны произошли от одного общего предшественника, а именно аргинин-вазотоцина, из которого путем одиночных мутаций триплетов генов образовались модифицированные гормоны.
Основной биологический эффект окситоцина у млекопитающих связан со стимуляцией сокращения гладких мышц матки при родах и мышечных волокон вокруг альвеол молочных желез, что вызывает секрециюмолока. Вазопрессин стимулирует сокращение гладких мышечных волокон сосудов, оказывая сильное вазопрессорное действие, однако основная роль его в организме сводится к регуляции водного обмена, откуда его второе название антидиуретического гормона. В небольших концентрациях (0,2 нг на 1 кг массы тела) вазопрессин оказывает мощное антидиуретическое действие – стимулирует обратный ток воды черезмембраны почечных канальцев. В норме он контролирует осмотическое давление плазмы крови и водный баланс организма человека. При патологии, в частности атрофии задней доли гипофиза, развивается несахарный диабет – заболевание, характеризующееся выделением чрезвычайно больших количествжидкости с мочой. При этом нарушен обратный процесс всасывания воды в канальцах почек.
Относительно механизма действия нейрогипофизарных гормонов известно, что гормональные эффекты, в частности вазопрессина, реализуются
Меланоцитстимулирующие гормоны (МСГ, меланотропины)
Меланотропины синтезируются и секретируются в кровь промежуточной долей гипофиза. Выделены и расшифрованы первичные структуры двух типов гормонов – α- и β-меланоцитстимулирующие гормоны (α-МСГ и β-МСГ). Оказалось, что у всех обследованных животных α-МСГ состоит из 13 остатков аминокислот, расположенных в одинаковой последовательности:
СН 3 -СО-NH-Сер–Тир–Сер–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Лиз–
–Про–Вал-СО-NН 2
В α-МСГ N-концевой серин ацетилирован, а С-концевая аминокислота представлена валинамидом.
Состав и структура β-МСГ оказались более сложными. У большинства животных молекула β-МСГ состоит из 18 остатков аминокислот; кроме того, имеются видовые различия, касающиеся природы аминокислоты в положениях 2, 6 и 16 полипептидной цепи гормона. β-МСГ, выделенный из промежуточной доли гипофизачеловека, оказался 22-членным пептидом, удлиненным на 4 аминокислотных остатка с N-конца:
Н-Ала–Глу–Лиз–Лиз–Асп–Глу–Гли–Про–Тир–Aрг–Мет–Глу–Гис–Фен– –Арг–Трп–Гли–Сер–Про–Про–Лиз–Асп-ОН
Физиологическая роль меланотропинов заключается в стимулировании меланиногенеза у млекопитающих и увеличении количества пигментных клеток (меланоцитов) в кожных покровах земноводных. Возможно также влияние МСГ на окраску меха и секреторную функцию сальных желез у животных.
Адренокортикотропный гормон (АКТГ, кортикотропин)
Еще в 1926 г. было установлено, что гипофиз оказывает стимулирующее влияние на надпочечники, повышаясекрецию гормонов коркового вещества. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют, что этим свойством наделен АКТГ, вырабатываемый базофильными клетками аденогипофиза. АКТГ, помимо основного действия – стимуляции синтеза и секреции гормонов коры надпочечников, обладает жиромобилизующей и меланоцитстимулирующей активностью.
Молекула АКТГ у всех видов животных содержит 39 аминокислотных остатков. Первичная структура АКТГсвиньи и овцы была расшифрована еще в 1954–1955 гг. Приводим уточненное строение АКТГ человека:
Н-Сер–Тир–Сер–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Лиз–Про–Вал–Гли–
–Лиз–Лиз–Aрг–Aрг–Про–Вал–Лиз–Вал–Тир–Про–Асп–Ала–Гли–Глу–
–Асп–Глн–Сер–Ала–Глу–Ала–Фен–Про–Лей–Глу–Фен-ОН
Различия в структуре АКТГ овцы, свиньи и быка касаются только природы 31-го и 33-го остатковаминокислот, однако все они наделены почти одинаковой биологической активностью, как и АКТГ гипофизачеловека. В молекуле АКТГ, как и других белковых гормонов, хотя и не открыты активные центры наподобиеактивных центров ферментов, однако предполагается наличие двух активных участков пептидной цепи, один из которых ответствен за связывание с соответствующим рецептором, другой – за гормональный эффект.
Данные о механизме действия АКТГ на синтез стероидных гормонов свидетельствуют о существенной роли аденилатциклазной системы. Предполагают, что АКТГ вступает во взаимодействие со специфическимирецепторами на внешней поверхности клеточной мембраны (рецепторы представлены белками в комплексе с другими молекулами, в частности с сиаловой кислотой). Сигнал затем передается на ферментаденилатцикла-зу, расположенную на внутренней поверхности клеточной мембраны, которая катализирует распад АТФ и образование цАМФ. Последний активирует протеинкиназу, которая в свою очередь с участиемАТФ осуществляет фосфорилирование холинэстеразы, превращающей эфиры холестерина в свободныйхолестерин, который поступает в митохондрии надпочечников, где содержатся все ферменты, катализирующие превращение холестерина в кортикостероиды.
Соматотропный гормон (СТГ, гормон роста, соматотропин)
Гормон роста был открыт в экстрактах передней доли гипофиза еще в 1921 г., однако в химически чистом виде получен только в 1956–1957 гг. СТГ синтезируется в ацидофильных клетках передней доли гипофиза;концентрация его в гипофизе составляет 5–15 мг на 1 г ткани, что в 1000 раз превышает концентрациюдругих гормонов гипофиза. К настоящему времени полностью выяснена первичная структура белковоймолекулы СТГ человека, быка и овцы. СТГ человека состоит из 191 аминокислоты и содержит дведисульфидные связи; N- и С-концевые аминокислоты представлены фенилаланином.
СТГ обладает широким спектром биологического действия. Он влияет на все клетки организма, определяя интенсивность обмена углеводов, белков, липидов и минеральных веществ. Он усиливает биосинтез белка,ДНК, РНК и гликогена и в то же время способствует мобилизации жиров из депо и распаду высших жирных кислот и глюкозы в тканях. Помимо активации процессов ассимиляции, сопровождающихся увеличением размеров тела, ростом скелета, СТГ координирует и регулирует скорость протекания обменных процессов. Кроме того, СТГ человека и приматов (но не других животных) обладает измеримой лактогеннойактивностью. Предполагают, что многие биологические эффекты этого гормона осуществляются через особый белковый фактор, образующийся в печени под влиянием гормона. Этот фактор был назван сульфирующим или тимидиловым, поскольку он стимулирует включение сульфата в хрящи, тимидина – вДНК, уридина – в РНК и пролина – в коллаген. По своей природе этот фактор оказался пептидом с мол. массой 8000. Учитывая его биологическую роль, ему дали наименование «соматомедин», т.е. медиатордействия СТГ в организме.
СТГ регулирует процессы роста и развития всего организма, что подтверждается клиническими наблюдениями. Так, при гипофизарной карликовости (патология, известная в литературе как пангипопитуитаризм; связана с врожденным недоразвитием гипофиза) отмечается пропорциональное недоразвитие всего тела, в том числе скелета, хотя существенных отклонений в развитии психической деятельности не наблюдается. У взрослого человека также развивается ряд нарушений, связанных с гипо- или гиперфункцией гипофиза. Известно заболевание акромегалия (от греч. akros – конечность, megas – большой), характеризующееся непропорционально интенсивным ростом отдельных частей тела, например рук, ног, подбородка, надбровных дуг, носа, языка, и разрастанием внутренних органов. Болезнь вызвана, по-видимому, опухолевым поражением передней доли гипофиза.
Лактотропный гормон (пролактин, лютеотропный гормон)
Пролактин считается одним из наиболее «древних» гормонов гипофиза, поскольку его удается обнаружить вгипофизе низших наземных животных, у которых отсутствуют молочные железы, а также получить лактогенный эффект у млекопитающих. Помимо основного действия (стимуляция развития молочных желези лактации), пролактин имеет важное биологическое значение – стимулирует рост внутренних органов,секрецию желтого тела (отсюда его второе название «лютеотропный гормон»), оказывает рено-тропное, эритропоэтическое и гипергликемическое действие и др. Избыток пролактина, образующийся обычно при наличии опухолей из секретирую-щих пролактин клеток, приводит к прекращению менструаций (аменорея) и увеличению молочных желез у женщин и к импотенции – у мужчин.
Расшифрована структура пролактина из гипофиза овцы, быка и человека. Это крупный белок, представленный одной полипептидной цепью с тремя дисульфидными связями, состоящий из 199 аминокислотных остатков. Видовые отличия в последовательности аминокислот касаются по существу 2–3 аминокислотных остатков. Раньше оспаривалось мнение о секреции лактотропина в гипофизе человека, поскольку предполагали, что его функцию якобы выполняет соматотропин. В настоящее время получены убедительные доказательства существования пролактина человека, хотя в гипофизе его содержится значительно меньше, чем гормона роста. В крови женщин уровень пролактина резко повышается перед родами: до 0,2 нг/л против 0,01 нг/л в норме.
Тиреотропный гормон (ТТГ, тиротропин)
В отличие от рассмотренных пептидных гормонов гипофиза, представленных в основном одной полипептидной цепью, тиротропин является сложным гликопротеином и содержит, кроме того, по две α- и β-субъединицы, которые в отдельности биологической активностью не обладают: мол. масса его около 30000.
Тиротропин контролирует развитие и функцию щитовидной железы и регулирует биосинтез и секрецию вкровь тиреоидных гормонов. Полностью расшифрована первичная структура α- и β-субъединиц тиротропина быка, овцы и человека: α-субъединица, содержащая 96 аминокислотных остатков, имеет одинаковуюаминокислотную последовательность во всех изученных ТТГ и во всех лютеинизирующих гормонах гипофиза; β-субъеди-ница тиротропина человека, содержащая 112 аминокислотных остатков, отличается от аналогичного полипептида в ТТГ крупного рогатого скота аминокислотными остатками и отсутствием С-концевого метионина. Поэтому многие авторы специфические биологические и иммунологические свойствагормона объясняют наличием β-субъединицы ТТГ в комплексе с α-субъединицей. Предполагают, что действие тиротропина осуществляется, подобно действию других гормонов белковой природы, посредством связывания со специфическими рецепторами плазматических мембран и активирования аденилатциклазной системы (см. далее).
Липотропные гормоны (ЛТГ, липотропины)
Среди гормонов передней доли гипофиза, структура и функция которых выяснены в последнее десятилетие, следует отметить липотропины, в частности β- и γ-ЛТГ. Наиболее подробно изучена первичная структура β-липо-тропина овцы и свиньи, молекулы которого состоят из 91 аминокислотного остатка и имеют существенные видовые различия в последовательности аминокислот. К биологическим свойствам β-липотропина относятся жиро-мобилизующее действие, кортикотропная, меланоцитстимулирующая и ги-покальциемическая активность и, кроме того, инсулиноподобный эффект, выражающийся в повышении скорости утилизации глюкозы в тканях. Предполагают, что липотропный эффект осуществляется через систему аденилатциклаза–цАМФ–протеинкиназа, завершающей стадией действия которой являетсяфосфорилирование неактивной триацилглицерол-липазы. Этот фермент после активирования расщепляетнейтральные жиры на диацилглицерол и высшую жирную кислоту (см. главу 11).
Перечисленные биологические свойства обусловлены не β-липотропи-ном, оказавшимся лишенным гормональной активности, а продуктами его распада, образующимися при ограниченном протеолизе. Оказалось, что в ткани мозга и в промежуточной доле гипофиза синтезируются биологически активныепептиды, наделенные опиатоподобным действием. Приводим структуры некоторых из них:
Общим типом структуры для всех трех соединений является тетра-пептидная последовательность на N-конце. Доказано, что β-эндорфин (31 АМК) образуется путем протеолиза из более крупного гипофизарногогормона β-липотропина (91 АМК); последний вместе с АКТГ образуется из общего предшественника – прогормона, названного проопиокортином (является, таким образом, препрогормоном), имеющиммолекулярную массу 29 кДа и насчитывающим 134 аминокислотных остатка. Биосинтез и освобождение проопиокортина в передней доле гипофиза регулируется кортиколиберином гипоталамуса. В свою очередь из АКТГ и β-липо-тропина путем дальнейшего процессинга, в частности ограниченного про-теолиза, образуются соответственно α- и β-меланоцитстимулирующие гормоны (α- и β-МСГ). С помощью техникиклонирования ДНК, а также метода определения первичной структуры нуклеиновых кислот Сенджера в ряде лабораторий была раскрыта нуклеотидная последовательность мРНК–предшественника проопиокортина. Эти исследования могут служить основой для целенаправленного получения новых биологически активных гормональных лечебных препаратов.
Ниже представлены пептидные гормоны, образующиеся из β-липотро-пина путем специфическогопротеолиза.
Учитывая исключительную роль β-липотропина как предшественника перечисленных гормонов, приводим первичную структуру β-липотропина свиньи (91 аминокислотный остаток):
Н–Глу–Лей–Ала–Гли–Ала–Про–Про–Глу–Про–Ала–Aрг–Асп–Про–Глу– –Ала–Про–Ала–Глу–Гли–Ала–Ала–Ала–Aрг–Ала–Глу–Лей–Глу–Тир– –Гли–Лей–Вал–Ала–Глу–Ала–Глу–Ала–Ала–Глу–Лиз–Лиз–Асп–Глу– –Гли–Про–Тир–Лиз–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Сер–Про–Про– –Лиз–Асп–Лиз–Aрг–Тир–Гли–Гли–Фен–Мет–Тре–Сер–Глу–Лиз–Сер– –Глн–Тре–Про–Лей–Вал–Тре–Лей–Фен–Лиз–Асн–Ала–Иле–Вал–Лиз– –Асн–Ала–Гис–Лиз–Лиз–Гли–Глн–ОН
Повышенный интерес к указанным пептидам, в частности энкефалинам и эндорфинам, диктуется их необычайной способностью, подобно морфину, снимать болевые ощущения. Эта область исследования – поиск новых природных пептидных гормонов и(или) их направленный биосинтез – является интересной и многообещающей для развития физиологии, нейробиологии, неврологии и клиники.
ГОРМОНЫ ПАРАЩИТОВИДНЫХ ЖЕЛЕЗ (ПАРАТГОРМОНЫ)
К гормонам белковой природы относится также паратиреоидный гормон (паратгормон), точнее, группапаратгормонов, различающихся последовательностью аминокислот. Они синтезируются паращитовиднымижелезами. Еще в 1909 г. было показано, что удаление паращитовидных желез вызывает у животных тетанические судороги на фоне резкого падения концентрации кальция в плазме крови; введение солейкальция предотвращало гибель животных. Однако только в 1925 г. из паращитовидных желез был выделен активный экстракт, вызывающий гормональный эффект – повышение содержания кальция в крови. Чистыйгормон был получен в 1970 г. из паращитовидных желез крупного рогатого скота; тогда же была определена его первичная структура. Выяснено, что паратгормон синтезируется в виде предшественника (115 аминокислотных остатков) пропарат-гормона, однако первичным продуктом гена оказался препропарат-гормон, содержащий дополнительно сигнальную последовательность из 25 аминокислотных остатков.Молекула паратгормона быка содержит 84 аминокислотных остатка и состоит из одной полипептидной цепи.
Выяснено, что паратгормон участвует в регуляции концентрации катионов кальция и связанных с нимианионов фосфорной кислоты в крови. Как известно, концентрация кальция в сыворотке крови относится к химическим константам, суточные колебания ее не превышают 3–5% (в норме 2,2– 2,6 ммоль/л). Биологически активной формой считается ионизированный кальций, концентрация его колеблется в пределах 1,1–1,3 ммоль/л. Ионы кальция оказались эссенциальными факторами, не заменимыми другимикатионами для ряда жизненно важных физиологических процессов: мышечное сокращение, нервно-мышечное возбуждение, свертывание крови, проницаемость клеточных мембран, активность рядаферментов и т.д. Поэтому любые измененния этих процессов, обусловленные длительным недостаткомкальция в пище или нарушением его всасывания в кишечнике, приводят к усилению синтеза паратгормона, который способствует вымыванию солей кальция (в виде цитратов и фосфатов) из костной ткани и соответственно к деструкции минеральных и органических компонентов костей.
Другой орган-мишень паратгормона – это почка. Паратгормон уменьшает реабсорбцию фосфата вдистальных канальцах почки и повышает канальце-вую реабсорбцию кальция.
Следует указать, что в регуляции концентрации Са 2+ во внеклеточной жидкости основную роль играют тригормона: паратгормон, кальцитонин, синтезируемый в щитовидной железе (см. далее), и кальцитриол – производное D 3 (см. главу 7). Все три гормона регулируют уровень Са 2+ , но механизмы их действия различны. Так, главная роль кальцитрио-ла заключается в стимулировании всасывания Са 2+ ифосфата в кишечнике, причем против концентрационного градиента, в то время как паратгормонспособствует выходу их из костной ткани в кровь, всасыванию кальция в почках и выделению фосфатов смочой. Менее изучена роль кальцитонина в регуляции гомеостаза Са 2+ в организме. Следует отметить также, что кальцитриол по механизму действия на клеточном уровне аналогичен действию стероидных гормонов (см. ниже).
Считается доказанным, что физиологическое влияние паратгормона на клетки почек и костной тканиреализуется через систему аденилатциклаза-цАМФ (см. далее).
Оба гормона представляют собой 9-аминокислотные пептиды, продуцируемые нейронами гипоталамуса, главным образом, супраоптическим и паравентрикулярным ядрами (передний гипоталамус). АДГ и окситоцин хранятся в нейрогипофизе в накопительных тельцах Герринга, из них они поступают в общий кровоток. Окситоцинергические и вазопрессинергические нейроны начинают усиленно секретировать эти гормоны и одновременно воздействовать на процессы их высвобождения из накопительных телец под влиянием возбуждения - для этого необходимо, чтобы нейроны генерировали не менее 5 имп/с., а оптимум частоты возбуждения (при которой выделяется максимальное количество секрета) составляет 20-50 имп/с.
Транспорт АДГ и окситоцина осуществляется в виде гранул, в которых эти гормоны находятся в комплексе с нейрофизином. При выделении в кровь комплекс «гормон + нейрофизин» распадается, и гормон поступает в кровь. АДГ или вазопрессин предназначен для
регуляции осмотического давления крови. Его секреция увеличивается под влиянием таких факторов, как: 1) повышение осмолярности крови, 2) гипокалиемия, 3) гипокальциемия, 4) повышениесодержания натрия в спинномозговой жидкости, 5) уменьшение, объема внеклеточной и внутриклеточной воды, б) снижение артериального давления, 7) повышение температуры тела, 8) повышение в крови ангиотензина-П (при активации ренин-ангиотензиновой системы), 9) при активации симпатической системы (бета-адренорецепторный процесс).
Выделенный в кровь АДГ достигает эпителия собирательных трубок почки, взаимодействует с вазопрессиновыми (АДГ-) рецепторами, это вызывает активацию аденилатциклазы, повышает внутриклеточную концентрацию цАМФ и приводит к активации протеинкиназы, что в конечном итоге вызывает активацию фермента, понижающего связь между эпителиальными клетками собирательных трубок. По мнению А. Г. Гинецинского, таким ферментом служит гиалуронидаза, расщепляющая межклеточный цемент - гиалуроновую кислоту. В результате - вода из собирательных трубок идет в интерстиций, где за счет поворотно-множительного механизма (см. Почки) создается высокое осмотическое давление, вызывающее «притяжение» воды. Таким образом, под влиянием АДГ в значительной степени возрастает реабсорбция воды. При недостаточности выделения АДГ у больного развивается несахарное мочеизнурение, или диабет: объем мочи за сутки может достигать 20 л. И лишь применение препаратов, содержащих этот гормон, приводит к частичному восстановлению нормальной функции почек.
Свое название - «вазопрессин»- этот гормон получил в силу того, что при использовании его в высоких (фармакологических) концентрациях АДГ вызывает повышение артериального давления за счет прямого влияния на гладкомышечные клетки сосудов.
Окситоцин у женщин играет роль регулятора маточной активности и участвует в процессах лактации как активатор миоэпителиальных клеток. При беременности миометрий женщин становится чувствительным к окситоцину (уже в начале второй половины беременности достигается максимальная чувствительность миометрия к окситоцину как стимулятору). Однако в условиях целостного организма эндогенный или экзогенный окситоцин не способен повысить сократительную деятельность матки женщин во время беременности, так как существующий механизм торможения маточной активности (бета-адренорецепторный ингибирующий механизм) не дает возможность проявиться стимулирующему эффекту окситоцина. Накануне родов, когда происходит подготовка к плодоизгнанию, снимается тормозной механизм и матка приобретает чувствительность повышать свою активность под влиянием окситоцина.
Повышение продукции окситоцина окситоцинергическими нейронами гипоталамуса происходит под влиянием импульсов, поступающих от рецепторов шейки матки (это возникает в период раскрытия шейки матки в 1-м периоде нормально протекающих родов), что получило название «рефлекс Фергуссона», а также под влиянием раздражения механорецепторов сосков грудной железы, что имеет место при кормлении грудью. У беременных женщин (перед щами) раздражение механорецепторов сосков молочной железы тоже вызывает повышение выброса окситоцина, что (при наличии готовности к родам) проявляется усилением сократительной деятельности матки. Это так называемый маммарный тест, используемый в акушерской клинике с целью определения готовности материнского организма к родам.
Во время кормления выделяемый окситоцин способствует сокращению миоэпителиальных клеток и выбросу молока из альвеол.
Все описанные эффекты окситоцина осуществляются за счет его взаимодействия с окситоциновыми рецепторами, расположенными на поверхностной мембране клеток. В дальнейшем происходит повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция, что и вызывает соответствующий сократительный эффект.
В акушерской литературе, в учебниках фармакологии до сих пор можно встретить ошибочное описание механизма действия окситоцина: предполагалось, что окситоцин сам по себе не действует на ГМК или миоэпителиальные клетки, а влияет на них опосредованно, за счет выделения ацетилхолина, который через М-холинорецепторы вызывает активацию
клеток. Однако в настоящее время доказано, что окситоцин действует через собственные окситоциновые рецепторы, а кроме того, установлено, что ацетилхолин у беременных женщин не способен активировать миометрий, так как ГМК матки при беременности и в родах рефрактерны к ацетилхолину.
Относительно функции окситоцина у мужчин - данных мало. Считают, что окситоцин участвует в регуляции водно-солевого обмена, выступая в роли антагониста АДГ. В опытах на крысах и собаках показано, что в физиологических дозах окситоцин выступает в роли эндогенного диуретика, избавляя организм от «лишней» воды. Окситоцин способен блокировать продукцию эндогенного пирогена в мононуклеарыах, оказывая антипирогенный эффект, т. е. блокировать повышение температуры тела под влиянием пирогенов.
Таким образом, несомненно, дальнейшие исследования позволят уточнить роль окситоцина, продуцируемого нейронами гипоталамуса, а также, как стало теперь известно, и другими клетками, расположенными, например, в яичниках и матке.
ГОРМОНЫ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Клетки, продуцирующие гормоны, сконцентрированы в поджелудочной железе в виде островков, которые были открыты еще в 1869 году П. Лангергансом. Таких островков у взрослого человека насчитывается от 110 тысяч до 2 миллионов, но их общая масса не превышает 1,5 % от массы всей железы. Среди клеток островков имеются шесть различных видов; каждый из них, вероятно, выполняет свою определенную функцию:
Таблица 4.
|
Вид клеток |
Процентное содержание |
Функция клеток |
|
А или альфа |
продукция глюкагона |
|
|
В или бета |
продукция инсулина |
|
|
Д или дельта |
продукция соматостатина |
|
|
G или гамма |
клетки - предшественницы других клеток |
|
|
продукция какого-то гормона? |
||
|
возможно, продукция панкреатического полипептида |
Вопрос о продукции других гормонов (липокаина, ваготонина, центропнеина) - пока остается открытым. Поджелудочная железа привлекает огромное внимание физиологов и врачей прежде всего благодаря тому, что она продуцирует инсулин - один из важнейших гормонов организма, регулирующий уровень сахара в крови. Недостаточность этого гормона приводит к развитию сахарного диабета - болезни, которой страдают ежегодно около 70 миллионов людей.
Инсулин. Первые сведения о нем были получены в 1889 г. - удалив у собаки поджелудочную железу, Меринг и Минковски обнаружили, что на следующее утро после операции животное было все облеплено мухами. Они догадались, что моча собаки содержит сахар. В 1921 г. Бантинг и Бест выделили инсулин, который в последующем был использован для введения больным. За эти работы ученые были удостоены Нобелевской премии. В 1953 г. была расшифрована химическая структура инсулина.
Инсулин состоит из 51 аминокислотного остатка, объединенных в две субъединицы (А и В), которые связаны между собой двумя сульфидными мостиками. Наиболее близок по аминокислотному составу к инсулину человека инсулин свиньи. Молекула инсулина имеет вторичную и третичную структуры и содержит в своем составе цинк. О процессе синтеза инсулина подробно изложено выше. Секреторная активность В-клеток островков Лангерганса
повышается под влиянием парасимпатических воздействий (блуждающий нерв), а также при участии таких веществ как глюкоза, аминокислоты, кетоновые тела, жирные кислоты, гастрин, секретин, холецистокинин-панкреозимин, которые оказывают свой эффект через соответствующие специфические рецепторы В-клеток. Угнетают продукцию инсулина симпатические воздействия, адреналин, норадреналин (за счет активации (3-адренорецепторов В-клеток) и гормон роста. Метаболизм инсулина происходит в печени и почках под влиянием фермента глютатион-инсулин-трансгидролазы.
Инсулиновые рецепторы находятся на поверхностной мембране клетбк-мишеней. При взаимодействии инсулина с рецептором образуется комплекс «гормон + рецептор»; он погружается в цитоплазму, где под влиянием лизосомальных ферментов расщепляется; свободный рецептор вновь возвращается на поверхность клетки, а инсулин оказывает свой эффект. Основными клетками-мишенями для инсулина являются гепатоциты, миокардиоциты, миофибриллы, адипоциты, т.е. гормон оказывает свое действие преимущественно в печени, сердце, скелетных мышцах и жировой ткани. Инсулин увеличивает примерно в 20 раз проницаемость клеток-мишеней для глюкозы и ряда аминокислот и тем самым способствует утилизации этих веществ клетками-мишенями. Благодаря этому возрастает синтез гликогена в мышцах и печени, синтез белков в печени, мышцах и других органах, синтез жиров в печени и жировой ткани. Важно подчеркнуть, что нейроны мозга не являются клетками-мишенями для инсулина. Конкретные механизмы, посредством которых инсулин повышает проницаемость клеток-мишеней для глюкозы и аминокислот, до настоящего времени неясны.
Таким образом, основная функция инсулина - регуляция уровня глюкозы в крови, предотвращение чрезмерного его повышения, т.е. гипергликемии. Принято считать, что нормальное содержание глюкозы в крови может варьировать от 3,9 до 6,7 ммоль/л (в среднем 5,5 ммоль/л) или от 0,7 до 1,2 г/л. При инсулиновой недостаточности уровень глюкозы в крови превышает 7 ммоль/л или 1,2 г/л, что расценивается как явление гипергликемии. Если концентрация глюкозы в крови становится выше 8,9 ммоль/л или выше 1,6 г/л, то возникает глюкозурия, так как почки не способны полностью реабсорбировать глюкозу, выходящую в первичную мочу. Это влечет за собой повышение диуреза: при сахарном диабете (мочеизнурении) диурез может достигать 5 л в сутки, а иногда 8-9 л в сутки.
Если продукция инсулина повышена, например, при инсулиноме, или при избыточном Поступлении в организм инсулина - лекарства, то уровень глюкозы в крови может стать ниже 2,2 ммоль/л или 0,4 г/л, что расценивается как гипогликемия; в этом случае часто развивается гипогликемическая кома. Она проявляется такими симптомами как головокружение, слабость, усталость, раздражительность, появление выраженного чувства голода, выделение холодного пота. В тяжелых случаях происходит нарушение сознания, речи, расширение зрачков, резкое падение артериального давления, ослабление деятельности сердца. Гипогликемическое состояние может возникнуть и на фоне нормальной деятельности поджелудочной железы в условиях интенсивной и длительной физической нагрузки, например, при соревнованиях в беге на длинные и сверхдлинные дистанции, при марафонским заплыве и т.д.
Особое внимание заслуживает сахарный диабет. В 30% случаев он обусловлен недостаточной продукцией инсулина В-клетками поджелудочной железы (инсулинозависимый сахарный диабет). В остальных случаях (инсулинонезависимый сахарный диабет) его развитие связано с либо с тем, что нарушен контроль секреции инсулина в ответ на естественные стимуляторы высвобождения инсулина, либо обусловлено снижением концентрации инсулиновых рецепторов в клетках-мишенях, например, в результате появления аутоантител к этим рецепторам. Инсулинозависимый сахарный диабет возникает в результате образования антител к антигенам островков поджелудочной железы, что сопровождается уменьшением количества активных В-клеток и тем самым - падением уровня продукции инсулина. Другой причиной могут стать вирусы гепатита Коксаки, повреждающие клетки. Появление инсулинонезависимого сахарного диабета обычно связано с избыточным употреблением
углеводов, жиров: переедание вначале вызывает гиперсекрецию инсулина, снижение концентрации инсулиновых рецепторов в клетках-мишенях, а в конечном итоге приводит к инсулинорезистентности. Известна также такая форма заболевания, как диабет беременных. Мы склонны рассматривать его как результат нарушения регуляции продукции инсулина. Согласно нашим данным, при беременности возрастает содержание в крови эндогенного (3-адреномиметика, который за счет активации бетта-адренорецепторов В-клеток островков Лангерганса может ингибировать секрецию инсулина. Этому способствует также повышение при беременности уровня в крови так называемого эндогенного сенсибилизатора бетта-адренорецепторов (ЭСБАР), т.е. фактора, увеличивающего (3-адренореактивность клеток-мишеней в сотни раз.
При любой форме сахарного диабета углеводы не могут использоваться для нужд энергетики печенью, скелетными мышцами, сердцем. Поэтому существенно меняется метаболизм организма - на энергетические нужды, в основном, используются жиры и белки. Это ведет к накоплению продуктов неполного окисления жиров - оксимасляной кислоты и ацетоуксусной кислоты (кетоновые тела), что может сопровождаться развитием ацидоза и диабетической комы. Изменение в обмене веществ приводит к поражению сосудов, нейронов мозга, к патологическим изменениям в различных органах и тканях, а тем самым - к существенному снижению здоровья человека и сокращению продолжительности его жизни. Длительность течения заболевания, сложное и не всегда эффективное лечение - все это указывает на необходимость профилактики сахарного диабета. Рациональное питание и здоровый образ жизни - важнейшие компоненты такой профилактики.
Глюкагон. Его молекула состоит из 29 аминокислотных остатка. Продуцируется А-клетками островков Лангерганса. Секреция глюкагона возрастает при стресс-реакциях, а также под влиянием таких гормонов как нейротензин, вещество Р, бомбезин, гормон роста. Тормозят секрецию глюкагона секретин и гипергликемическое состояние. Физиологические эффекты глюкагона во многом идентичны эффектам адреналина: под его влиянием активируется гликогенолиз, липолиз и глюконеогенез. Известно, что в гепатоцитах под влиянием глюкагона (глюкагон + глюкагоновые рецепторы) повышается активность аденилатциклазы, что сопровождается ростом уровня цАМФ в клетке; под ее влиянием повышается активность про-теинкиназы, которая индуцирует переход фосфорилазы в активную форму; в итоге, повышается расщепление гликогена и, тем самым, возрастает уровень глюкозы в крови.
Таким образом, глюкагон совместно с адреналином и глюкокортикоидами способствует повышению уровня энергетических субстратов в крови (глюкоза, жирные кислоты), что необходимо в различных экстремальных состояниях организма.
Соматостатин. Он продуцируется Д (дельта)-клетками островков Лангерганса. Вероятнее всего, гормон действует паракринно, т.е. влияет на соседние клетки островков, угнетая секрецию глюкагона и инсулина. Полагают, что соматостатин снижает выделение гастрина, панкреозимина, ингибирует процессы всасывания в кишечнике, тормозит активность желчного пузыря. Учитывая, что многие интестинальные гормоны активируют секрецию соматостатина, можно утверждать, что этот соматостатин служит для предотвращения чрезмерной продукции гормонов, регулирующих функции ЖКТ.
В последние годы появились факты, свидетельствующие о том, что инсулин, глкжагон и соматостатин продуцируются не только в островках Лангерганса, но и за пределами панкреатической железы, что указывает на важную роль этих гормонов в регуляции деятельности висцеральных систем и метаболизма тканей.
ГОРМОНЫ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Железа продуцирует йодсодержащие гормоны - тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3), а также -тирокальцитонин, имеющий отношение к регуляции уровня кальция в крови. В данном разделе основное внимание уделено йодсодержащим гормонам щитовидной железы.
Еще в 1883 г. известный швейцарский хирург Кохер описал признаки умственной недостаточности при гипофункции щитовидной железы, а в 1917 г. Кендалл выделил тироксин. За год до итого - в 1916 г. был предложен метод профилактики гипофункции щитовидной железы - прием йода (А.Меррине и Д. Кимбаль), который до настоящего времени не потерял своей актуальности.
Синтез Т3 и Т4 совершается в тироцитах из аминокислоты тирозина и йода, запасы которого в щитовидной железе, благодаря ее удивительной способности захватывать его из крови, создаются примерно на 10 недель. При недостатке йода в пищевых продуктах происходит компенсаторное разрастание ткани железы (зоб), позволяющее улавливать из крови даже следы йода. Хранение готовых молекул Т3 и Т4 осуществляется в просвете фолликула, куда гормоны выделяются из тироцитов в комплексе с глобулином (этот комплекс называется тироглобулином). Выброс в кровь гормонов щитовидной железы активируется тиреотропным гормоном (ТГГ) гипофиза, выделение которого контролируется тиролиберином гипоталамуса. Под влиянием ТТГ (через систему аденилатциклазы) тироглобулины захватываются тироцитами из просвета фолликула; в тироците с участием лиэосомальных ферментов от них отщепляются Т3 и Т4, которые затем попадают в кровь, захватываются тироксинсвя-зывающим глобулином и доставляются к клеткам-мишеням, где и оказывают соответствующие физиологические эффекты. При чрезмерной продукции Т3 и Т4 секреция тиролиберина и ТТГ тормозится, а при снижении в крови уровня йодсодержащих гормонов - наоборот, возрастает, что приводит к восстановлению необходимой концентрации Т3 и Т4 в крови (по механизму обратной связи). Выделение тиролиберина может возрастать при стресс-реакциях, при снижении температуры тела; торможение секреции тиролиберина вызывают Т3, Т4, гормон роста, кортиколиберин, а также норадреналин (при активации а-адренорецепторов).
Йодсодержащие гормоны щитовидной железы необходимы для нормального физического и интеллектуального развития ребенка (за счет регуляции синтеза различных белков). Они регулируют чувствительность тканей к катехоламинам, в том числе к медиаторному норадреналину (за счет изменения концентрации а- и Р-адренорецепторов); это проявляется в усилении влияния симпатической системы на деятельность сердечно-сосудистой системы и других органов. Т3 и Т4 также повышают уровень основного обмена - увеличивают термогенез, что, вероятно, обусловлено разобщением окислительного фосфорилирования в митохондриях.
Основной механизм действия Т3 и Т4 объясняется следующим образом. Гормон проходит внутрь клетки-мишени, соединяется с тирорецептором, образуя комплекс. Этот комплекс проникает в ядро клетки и вызывает экспрессию соответствующих генов, в результате чего активируется синтез белков, необходимых для физического и интеллектуального развития, а также синтез Р-адренорецепторов и других белков.
Патология щитовидной железы - достаточно распространенное явление. Она может проявляться избыточным выделением йодсодержащих гормонов (гипертироз или тиротоксикоз) или, наоборот, недостаточным выделением их (гипотироз). Гипертироз возникает при различных формах зоба, при аденоме щитовидной железы, тироидитах, раке шитовид-вой железы, при приеме тиреоидных гормонов. Он проявляется такими симптомами, как иовышенная температура тела, исхудание, тахикардия, повышение умственной и физической активности, пучеглазие, мерцательная аритмия, повышение уровня основного обмена. Важно отметить, что среди причин, вызывающих гипертироз, большой удельный вес занимает патология иммунной системы, в том числе появление тироидстимулирующих антител, они по своему эффекту подобны ТТГ), а также появление аутоантител к тироглобулину.
Гипотироз возникает при патологии щитовидной железы, при недостаточной продукции ТТГ или тиролиберина, при появлении в крови аутоантител против Т3 и Т4, при снижении в легких -мишенях концентрации тирорецепторов. В детском возрасте это проявляется в слабоумии (кретинизме), низкорослости (карликовости), т.е. в выраженной задержке физического и умственного развития. У взрослого человека гипотироз проявляется такими симптомами как снижение основного обмена, температуры, теплопродукции, накопление продуктов об-
мена в тканях (это сопровождается нарушением функции ЦНС, эндокринной системы, желу-дочно-кишечиого тракта), слизистый отек тканей и органов, слабость, утомляемость, сонливость, снижение памяти, заторможенность, апатичность, нарушение работы сердца, нарушение фертильности. При резком снижении в крови уровня йодсодержащих гормонов может развиться гипотироидная кома, которая проявляется резко выраженным снижением функции ЦНС, прострацией, нарушением дыхания и деятельности сердечно-сосудистой системы.
В тех регионах, где в почве снижено содержание йода и с пищей йод поступает в малых количествах (менее 100 мкг/сутки), часто развивается зоб - разрастание ткани щитовидной железы, т.е. компенсаторное ее увеличение. Это заболевание называется эндемическим зобом. Оно может протекать на фоне нормальной продукции Т3 и Т4 (эутироидный зоб), либо на фоне гиперпродукции (токсический зоб) или в условиях Т3-Т4-недостаточности (гипотироидный зоб). Общепризнанно, что применение в пищу йодированной соли (для получения суточной дозы йода, равной 180-200 мкг) является достаточно надежным методом профилактики эндемического зоба.
КАЛЫЩЙРЕГУЛИРУЮЩИЕ ГОРМОНЫ
Паратгормон продуцируется в паращитовидных железах. Он состоит из 84 аминокислотных остатков. Гормон действует на клетки-мишени, расположенные в костях, кишечнике и почках, в результате чего уровень кальция в крови не снижается меньше 2,25 ммоль/л. Известно, что при взаимодействии паратгормона с соответствующими рецепторами остеокластов повышается активность аденилатциклазы, что приводит к увеличению внутриклеточной концентрации цАМФ, активации протеинкиназы и, тем самым, к росту функциональной активности остеокластов. В результате резорбции кальций выходит из кости, в результате чего повышается его содержание в крови. В энтероцитах паратгормон совместно с витамином Д3 усиливает синтез кальцийтранспортирующего белка, что облегчает всасывание кальция в кишечнике. Действуя на эпителий почечных канальцев, паратгормон повышает реабсорбцию кальция из первичной мочи, что также способствует повышению уровня кальция в крови. Предполагают, что регуляция секреции паратгормона осуществляется по механизму обратной связи: если уровень кальция в крови ниже 2,25 ммоль/л, то продукция гормона будет автоматически возрастать, если больше 2,25 ммоль/л - она будет тормозиться.
Известны явления гиперпаратироза и гипопаратироза. Гиперпаратироз представляет собой увеличение продукции паратгормона, которое может возникать при опухолях паращитовидной железы. Проявляется декальцинозом костей, чрезмерной подвижностью суставов, гиперкальциемией, симптомами мочекаменной болезни. Противоположное явление (недостаточная продукция гормона) может возникнуть как результат появления аутоантител к паращитовидной железе, либо возникает после оперативного вмешательства на щитовидной железе. Проявляется резким снижением уровня кальция в крови, нарушением функции ЦНС, судорогами, вплоть до летального исхода.
Кальцитонин, или тирокальцитонин, состоит из 32 аминокислотных остатков, продуцируется в щитовидной железе, а также в паращитовидной железе и в клетках АПУД-системы. Его физиологическое значение состоит в том, что он не «позволяет» повышаться уровню кальция в крови выше 2,55 ммоль/л. Механизм действия этого гормона заключается в том, что в костях он угнетает активность остеобластов, а в почках подавляет реабсорбцию кальция и, таким образом, являясь антагонистом паратгормона, он препятствует чрезмерному увеличению уровню кальция в крови.
1.25-дигидроксихолекальциферол - еще один гормон, участвующий в регуляции уровня кальция в крови. Он образуется из витамина Д3 (холекальциферол). На первом этап (в печени) из витамина Д3 образуется 25-гидроксихолекальциферол, а на втором (в почках) - 1.25-дигидроксихолекальциферол. Гормон способствует образованию в кишечнике кальцийтранспортирующего белка, необходимого для всасывания кальция в кишечнике, а также активирует процессы мобилизации кальция из костей. Таким образом, метаболит витамина Д3 является синергистом паратгормона.
Из всех гормонов наиболее хорошо изучен АКТГ, основной физиологической функцией которого является стимуляция синтеза и секреции стероидных гормонов надпочечников. Но кроме этого АКТГ может проявлять меланоцитстимулирующую и липотропную активность. В 1953 году АКТГ был выделен в чистом виде, а чуть позже была установлена его химическая структура, состоящая из 39 аминокислот. АКТГ не обладает видовой специфичностью, т. е. различий между человеческим и АКТГ животного нет.
ТТГ — основной регулятор развития и функционирования щитовидной железы, процессов синтеза и секреции тиреоидных гормонов. Это сложный белок, который состоит из двух субъединиц (α и β), соединенных между собой. Биологические свойства гормона обусловлены действием β-субъединицы, которая отличается у человека и животных.
Гонадотропные гормоны гипофиза представлены в виде ЛГ и ФСГ. Основной функцией этих гормонов является обеспечение репродуктивной функции человека обоих полов. Они, как и ТТГ, являются сложными белками — гликопротеидами, т. е. аминокислотами, соединенными с углеводами. ФСГ индуцирует (способствует) созревание фолликулов в яичниках у женщин и сперматогенез у мужчин.
ЛГ вызывает разрыв фолликула и выход яйцеклетки, образование желтого тела и стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона. А у мужчин ЛГ ускорят развитие интерстициальной ткани и секрецию андрогенов. Эффекты действия гонадотропинов зависимы друг от друга и протекают синхронно. Динамика секреции у женщин меняется в ходе менструального цикла. В фолликулярную (первую) фазу цикла ЛГ находится на низком уровне, а ФСГ — увеличен.
По мере созревания фолликула секреция эстрадиола повышается, что способствует повышению продукции гонадотропинов и возникновению циклов как ЛГ, так и ФСГ, т. е. гормоны половых желез стимулируют секрецию гонадотропинов.
В процессах репродукции принимает активное участие еще один гормон — пролактин (лактогенный гормон). Основной функцией этого гормона гипофиза является стимуляция развития молочных желез и лактации, роста сальных желез и внутренних органов. Он способствует проявлению вторичных половых признаков, стимулирует секрецию гормонов желтым телом и участвует в регуляции жирового обмена.
Более подробное описание свойств этого гормона читайте в статье «Что такое пролактин, когда и где он вырабатывается, какие его нормы».
В последнее время много внимания уделяется пролактину как регулятору материнского поведения. Это один из древних гормонов, который обнаруживается даже у амфибий. Рецепторы пролактина активно связывают как сам пролактин, так и гормон роста (СТГ) и плацентарный лактоген, что свидетельствует о едином механизме действия этих трех гормонов. При увеличении пролактина возможно развитие бесплодия.
Более широким спектром действия, чем пролактин, является гормон роста — СТГ (соматотропин, соматотропный гормон). СТГ стимулирует рост скелета, активирует биосинтез белка, дает жиромобилизирующий эффект, способствует увеличению размеров тела. Кроме этого, он координирует обменные процессы. Этот факт доказан тем, что его секреция резко повышается при снижении сахара в крови. Химическая структура в настоящее время уже полностью установлена — 191 аминокислоты.
Меланоцитстимулирующий гормон стимулирует синтез кожного пигмента меланина, способствует увеличению размеров и количества пигментных клеток меланоцитов.
Вазопрессин и окситоцин — первые гормоны гипофиза, у которых полностью была установлена аминокислотная последовательность. Оба гормона оказывают разное действие. Вазопрессин стимулирует транспорт воды и солей через мембраны, оказывает сосудосуживающее действие. Окситоцин оказывает сокращение мышц матки при родах, повышает секрецию молочных желез. Основным регулятором секреции вазопрессина является потребление воды.
Таким образом, гипофиз, связанный через гипоталамус с нервной системой, объединяет в одно целое эндокринную систему, которая участвует в поддержании постоянства внутренней среды организма (гомеостаза). Внутри эндокринной системы регуляция гомеостаза осуществляется на основе принципа обратной связи между передней долей гипофиза и железами-«мишенями» (щитовидная железа, надпочечники, половые железы).
Избыток гормона, который вырабатывается железой-«мишенью», тормозит, а его недостаток стимулирует секрецию и выделение соответствующего тропного гормона. В эту систему неизбежно включается гипоталамус. Именно в нем находятся чувствительные рецепторные зоны, которые, связываясь с гормонами крови, меняют ответную реакцию в зависимости от их концентрации. Рецепторы гипоталамуса передают сигналы в гипоталамические центры, которые затем координируют работу гипофиза. Таким образом, гипоталамус можно рассматривать как нейроэндокринный мозг.
Органы, относящиеся к железам внутренней секреции, и производимые ими гормоны представлены в таблице:
*Поджелудочная железа обладает как внешней, так и внутренней секрецией.
В некоторых источниках к эндокринным железам относят также тимус (вилочковую железу), в котором образуются вещества, необходимые для регуляции работы иммунной системы. Как и все ЖВС, он действительно не имеет протоков и секретирует свои продукты непосредственно в кровоток. Однако тимус активно функционирует до подросткового возраста, в дальнейшем происходит его инволюция (замещение паренхимы жировой тканью).
Все эндокринные железы имеют разную анатомию и набор синтезируемых гормонов, поэтому и функции каждой из них кардинально отличаются.
К ним относятся гипоталамус, гипофиз, эпифиз, щитовидная, паращитовидные, поджелудочная и половые железы, надпочечники.
Гипоталамус является важным анатомическим образованием центральной нервной системы, которое имеет мощное кровоснабжение и хорошо иннервируется. Помимо регуляции всех вегетативных функций организма, он секретирует гормоны, которые стимулируют или угнетают работу гипофиза (рилизинг-гормоны).
Активизирующие вещества:
К гормонам гипоталамуса, тормозящим активность гипофиза, относятся:
Большинство рилизинг-факторов гипоталамуса не являются избирательными. Каждый действует сразу на несколько тропных гормонов гипофиза. Например, тиролиберин активирует синтез тиротропина и пролактина, а соматостатин подавляет образование большинства пептидных гормонов, но в основном — соматотропного гормона и кортикотропина.
В передне-боковой области гипоталамуса есть скопления специальных клеток (ядра), в которых образуются вазопрессин (антидиуретический гормон) и окситоцин.
Вазопрессин, воздействуя на рецепторы дистальных почечных канальцев, стимулирует обратную реабсорбцию воды из первичной мочи, тем самым задерживая жидкость в организме и снижая диурез. Еще один эффект вещества - повышение общего периферического сосудистого сопротивления (спазм сосудов) и увеличение артериального давления.
Окситоцин обладает в малой степени теми же свойствами, что и вазопрессин, но основной его функцией является стимуляция родовой деятельности (маточных сокращений), а также усиление выделения молока из молочных желез. Задача этого гормона в мужском организме к настоящему моменту не установлена.
Гипофиз является центральной железой в организме человека, регулирующей работу всех гипофиззависимых желез (кроме поджелудочной, эпифиза и паращитовидных). Он располагается в турецком седле клиновидной кости, имеет очень малые размеры (вес около 0,5 г; диаметр — 1 см). В нем выделяют 2 доли: переднюю (аденогипофиз) и заднюю (нейрогипофиз). По ножке гипофиза, связанной с гипоталамусом, к аденогипофизу поступают рилизинг-гормоны, а к нейрогипофизу - окситоцин и вазопрессин (здесь происходит их накопление).
Гормоны, с помощью которых гипофиз управляет периферическими железами, называются тропными. Регуляция образования этих веществ происходит не только за счет рилизинг-факторов гипоталамуса, но и продуктов деятельности самих периферических желез. В физиологии этот механизм называется отрицательной обратной связью. Например, при чрезмерно высокой продукции гормонов щитовидной железы происходит угнетение синтеза тиротропина, а при снижении уровня тиреоидных гормонов его концентрация повышается.
Единственным нетропным гормоном гипофиза (то есть реализующим свой эффект не за счет других желез) является пролактин. Его основная задача - стимуляция лактации у кормящих женщин.
Соматотропный гормон (соматотропин, СТГ, гормон роста) также условно относится к тропным. Основная роль этого пептида в организме - стимуляция развития. Однако этот эффект реализуется не самим СТГ. Он активирует в печени образование так называемых инсулиноподобных факторов роста (соматомединов), которые и оказывают стимулирующее влияние на развитие и деление клеток. СТГ вызывает ряд других эффектов, например, участвует в углеводном обмене путем активации глюконеогенеза.
Адренокортикотропный гормон (кортикотропин) - вещество, регулирующее работу коры надпочечников. Однако на образование альдостерона АКТГ влияние практически не оказывает. Его синтез регулируется ренин-ангиотензин-альдостероновой системой. Под действием АКТГ происходит активация продукции кортизола и половых стероидов в надпочечниках.
Тиреотропный гормон (тиреотропин) оказывает стимулирующее влияние на функцию щитовидной железы, повышая образование тироксина и трийодтиронина.
Гонадотропные гормоны - фолликулостимулирующий (ФСГ) и лютеинизирующий (ЛГ) активируют деятельность половых желез. У мужчин они необходимы для регуляции синтеза тестостерона и формирования сперматозоидов в яичках, у женщин - для осуществления овуляции и образования эстрогенов и прогестогенов в яичниках.
Эпифиз — маленькая железа весом всего 250 мг. Располагается этот эндокринный орган в области среднего мозга.
Функция эпифиза к настоящему моменту до конца не изучена. Единственным известным соединением является мелатонин. Это вещество представляет собой «внутренние часы». Благодаря изменению его концентрации человеческий организм распознает время суток. Именно с функцией эпифиза связана адаптация к другим часовым поясам.
Щитовидная железа (ЩЖ) расположена на передней поверхности шеи под щитовидным хрящом гортани. Она состоит из 2 долей (правой и левой) и перешейка. В ряде случаев от перешейка отходит дополнительная пирамидальная доля.
Размеры ЩЖ весьма вариабельны, поэтому при определении соответствия норме говорят об объеме щитовидки. У женщин он не должен превышать 18 мл, у мужчин - 25 мл.
В ЩЖ образуются тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3), которые играют важную роль в жизни человека, оказывая влияние на обменные процессы всех тканей и органов. Они повышают потребление кислорода клетками, тем самым стимулируя образование энергии. При их недостатке организм страдает от энергетического голода, а при избытке в тканях и органах развиваются дистрофические процессы.
Особенно важны эти гормоны в период внутриутробного роста, так как при их нехватке нарушается формирование головного мозга плода, что сопровождается умственной отсталостью и нарушением физического развития.
В С-клетках ЩЖ продуцируется кальцитонин, основной функцией которого является снижение уровня кальция в крови.
Паращитовидные железы расположены на задней поверхности ЩЖ (в ряде случаях включены в состав щитовидки или находятся в атипичных местах - тимусе, паратрахеальной борозде и др.). Диаметр этих округлых образований не превышает 5 мм, а количество может варьироваться от 2 до 12 пар.
Паращитовидные железы продуцируют паратгормон, который оказывает влияние на фосфорно-кальциевый обмен:
Под действием паратгормона происходит повышение уровня кальция и снижение концентрации фосфора в крови.
Правый и левый надпочечники расположены над верхними полюсами соответствующих почек. Правый по своим очертаниям напоминает треугольник, а левый - полулуние. Вес этих желез около 20 г.
На разрезе в надпочечнике выделяют корковое и мозговое вещества. В первом находятся 3 микроскопических функциональных слоя:
Альдостерон отвечает за регуляцию электролитного баланса. Под его действием в почках повышается обратная реабсорбция натрия (и воды) и выведение калия.
Кортизол оказывает на организм различные эффекты. Он является гормоном, адаптирующим человека к стрессу. Основные функции:
Половые стероиды (андростендион и дигидроэпиандростерон) вызывают эффекты, аналогичные тестостерону, но уступают ему по своей андрогенной активности.
В мозговом веществе надпочечников синтезируются адреналин и норадреналин, которые являются гормонами симпатико-адреналовой системы. Их основные эффекты:
Действие этих гормонов направлено на быструю активацию организма в чрезвычайных условиях (необходимость бегства, защиты и др.).
По своему значению поджелудочная железа является органом смешанной секреции. У нее имеется протоковая система, по ней в кишечник поступают пищеварительные ферменты, но в составе есть и эндокринная - островки Лангерганса, большая часть которых расположена в хвосте. В них образуются следующие гормоны:
Инсулин регулирует различные виды обмена:
Глюкагон является контринсулярным гормоном. Основная его функция — активация гликогенолиза.
Соматостатин подавляет продукцию инсулина и глюкагона.
Гонады вырабатывают половые стероиды.
У мужчин главным половым гормоном является тестостерон. Вырабатывается он в яичках (клетки Лейдига), которые в норме расположены в мошонке и имеют размеры 35-55 и 20-30 мм в среднем.
Основные функции тестостерона:
Для женщин основными половыми стероидами являются эстрадиол и прогестерон. Эти гормоны образуются в фолликулах яичника. В созревающем фолликуле основным веществом является эстрадиол. После разрыва фолликула в момент овуляции на его месте происходит формирование желтого тела, которое секретирует в основном прогестерон.
Яичники у женщин расположены в малом тазу по бокам от матки и имеют размеры 25-55 и 15-30 мм.
Основные функции эстрадиола:
Основные эффекты прогестерона:
Еще раз решил рассказать про гормон вазопрессин. Концентрация вазопрессина в крови у мужчин выше, чем у женщин, что является одним из факторов, определяющих особенности мужского характера. Именно вазопрессин придает мужчине уверенность, желание доминировать и контролировать «свою» территорию, участвует в формировании привязанностей.
Такие выводы сделали ученые, изучавшие особенности биологии и поведения мышей-полевок. Они выявили обратную связь между уровнем вазопрессина и склонностью самцов к полигамии. Чем выше был определяемый показатель, тем более «домашним» было поведение животных. Ученые считают, что поведение мужчины находится в аналогичной зависимости от содержания данного гормона.
Вазопрессин вместе с еще одним гормоном, вырабатываемым гипоталамусом, окситоцином являются «адептами» так называемой привязанности, которая часто приходит на смену страстным чувствам. Страсть обычно вызвана не только несомненными достоинствами женщины, но и повышением в крови мужчины уровня норадреналина и дофамина, синтезируемых надпочечниками. Таким образом, вазопрессин с окситоцином с одной стороны и дофамин с норадреналином с другой – это своеобразные антиподы, определяющие поведение мужчины в отношениях.
Нетрудно догадаться, что не все так просто, и в гармоничный переход от любви сумасшедшей к чувству нежному могут вмешиваться и другие гормоны. Например, тестостерон вызывает агрессию, желание заваевывать и двигаться дальше, снижая активность вазопрессина и .
Мужчины, у которых уровень тестостерона высок, не склонны жениться, а вступив в брак, часто разводятся. Хотя в некоторых ситуациях тестостерон оказывается повержен – например, когда мужчина берет на руки ребенка. Это событие вызывает интенсивный выброс окситоцина и вазопрессина.
Конечно, уровень оказывает значительное влияние на поведение партнеров, а значит, и на отношения в паре. Однако это только способ природы создать условия для появления семьи. От самих людей тоже зависит очень многое. Эмоциональная и сексуальная близость, появившиеся в первые месяцы общения на волне дофамина не должны исчезнуть, и для этого недостаточно одних только так называемых «нейромедиаторов нежности».
Нужно уметь обсуждать свои желания, проблемы, озвучивать их и слышать партнера, прикладывать силы для сохранения доверия и привязанности, если это необходимо.
К гормонам задней доли гипофиза вазопрессин и окситоцин относят условно, поскольку синтезируются они в особых нейронах гипоталамуса, откуда переносятся разными нейронами в заднюю долю гипофиза и поступают непосредственно в кровь.
Эти гормоны синтезируются рибосомальным путем, причем одновременно в гипоталамусе синтезируются три белка: нейрофизин I, II, III, функция которых заключается в нековалентном связывании окситоцина и вазопрессина и транспорте этих гормонов в нейросекреторные гранулы гипоталамуса; в виде комплексов нейрофизин - гормон они далее мигрируют вдоль аксона и достигают задней доли гипофиза, где после диссоциации комплекса свободный гормон секретируется в кровь. Нейрофизины также выделены в чистом виде и выяснена первичная структура двух из них (92 и 97 аминокислотных остатков соответственно); это богатые цистеином белки, содержащие по 7 дисульфидных связей.
Химическое строение обоих гормонов было расшифровано классическими работами В. дю Виньо и соавт., впервые выделивших эти гормоны из задней доли гипофиза и осуществивших их химический синтез. Оба гормона представляют собой нонапеп-тиды следующего строения:
Вазопрессин отличается от окситоцина двумя аминокислотами: он содержит в положении 3 от N-конца фенилаланин вместо изолейцина и в положении 8 аргинин вместо лейцина. Указанная последовательность девяти аминокислот характерна для вазо-прессина человека, обезьяны, лошади, крупного рогатого скота, овцы и собаки; в молекуле вазопрессина из гипофиза свиньи вместо аргинина в положении 8 содержится лизин, откуда и название «лизин-вазопрессин». У всех позвоночных, за исключением млекопитающих, идентифицирован, кроме того, вазотоцин; этот гормон, состоящий из кольца с S -S мостиком окситоцина и боковой цепью вазопрессина, был синтезирован химически В. дю Виньо задолго до выделения природного гормона. Высказывается предположение, что эволюционно все нейрогипофизарные гормоны произошли от одного общего предшественника, а именно аргинин-вазотоцина, из которого путем одиночных мутаций триплетов генов образовались модифицированные гормоны.
Основной биологический эффект окситоцина у млекопитающих связан со стимуляцией сокращения гладкой мускулатуры матки при родах и сокращения мышечных волокон, расположенных вокруг альвеол молочных желез, вызывающего секрецию молока. Вазопрессин стимулирует сокращение гладкой мускулатуры сосудов, оказывая сильное вазопрессорное действие, однако основная роль его сводится к регуляции водного обмена. Вазопрессин оказывает в небольших концентрациях (0,2 нг на 1 кг массы тела) мощное антидиуретическое действие - стимулирует обратный ток воды через мембраны почечных канальцев. В норме он контролирует осмотическое давление плазмы крови и водный баланс организма человека. При патологии, в частности атрофии задней доли гипофиза, развивается несахарный диабет - заболевание, характеризующееся выделением чрезвычайно больших количеств жидкости с мочой. При этом нарушен обратный процесс всасывания воды в канальцах почек.
Относительно механизма действия нейрогипофизарных гормонов известно, что гормональные эффекты, в частности вазопрессина, реализуются через аденилат-циклазную систему. Однако конкретный механизм действия вазопрессина на транспорт воды в почках пока остается неясным.
Меланоцитстимулирующие гормоны (МСГ, меланотропины)
Меланотропины синтезируются и секретируются в кровь промежуточной долей гипофиза. Физиологическая роль меланотропинов заключается в стимулировании мела-ниногенеза у млекопитающих и увеличении количества пигментных клеток (меланоцитов) в кожных покровах земноводных. Возможно также влияние МСГ на окраску меха и секреторную функцию сальных желез у животных.
Адренокортикотропный гормон
Еще в 1926 г. было установлено, что гипофиз оказывает стимулирующее влияние на надпочечники, повышая секрецию гормонов коркового вещества. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют, что этим свойством наделен АКТГ, вырабатываемый базофильными клетками аденогипофиза. АКТГ, помимо основного действия, - стимуляции синтеза и секреции гормонов коры надпочечников - обладает жиромобилизующей и меланоцитстимулирующей активностью.
Глюкокортикоиды оказывают разностороннее влияние на обмен веществ в разных тканях. В мышечной, лимфатической, соединительной и жировой тканях глюкокортикоиды проявляют катаболическое действие и вызывают снижение проницаемости клеточных мембран и соответственно торможение поглощения глюкозы и аминокислот; в то же время в печени они оказывают противоположное действие. Конечным итогом действия глюкокортикоидов является развитие гипергликемии, обусловленной главным образом глюконеогенезом. Механизм развития гипергликемии после введения глюкокортикоидов включает, кроме того, снижение синтеза гликогена в мышцах, торможение окисления глюкозы в тканях и усиление распада жиров (соответственно сохранение запасов глюкозы, так как в качестве источника энергии используются свободные жирные кислоты).
В ткани печени доказано индуцирующее действие кортизона и гидрокортизона на синтез некоторых белков-ферментов: триптофанпирролазы, тирозинтрансаминазы, серии- и треониндегидратаз и другие, свидетельствующее, что гормоны действуют на первую стадию передачи генетической информации - стадию транскрипции, способствуя синтезу мРНК.
Минералокортикоиды (дезоксикортикостерон и альдостерон) регулируют главным образом обмен натрия, калия, хлора и воды; они способствуют удержанию ионов натрия и хлора в организме и выведению с мочой ионов калия. По-видимому, происходит обратное всасывание ионов натрия и хлора в канальцах почек в обмен на выведение других продуктов обмена, в частности мочевины. Альдостерон получил свое название на основании наличия в его молекуле альдегидной группы у 13-го углеродного атома вместо метильной группы у всех остальных кортикостероидов. Альдостерон является наиболее активным минералокортикоидом среди других кортикостероидов, в частности он в 50-100 раз активнее дезоксикортикостерона по влиянию на минеральный обмен.
Относительно судьбы гормонов коркового вещества надпочечников известно, что период полураспада кортикостероидов составляет всего 70 - 90 мин. Кортикостероиды подвергаются или восстановлению за счет разрыва двойных связей (присоединения атомов водорода) или окислению, сопровождающемуся отщеплением боковой цепи у 17-го углеродного атома, теряя в обоих случаях биологическую активность.
Образовавшиеся продукты окисления гормонов коркового вещества надпочечников получили название 17-кетостероидов, которые выводятся с мочой в качестве конечных продуктов обмена. Определение 17-кетостероидов в моче имеет большое клиническое значение
Половые гормоны
Женские половые гормоны
Основным местом синтеза женских половых гормонов - эстрогенов (от греч. oistros - страстное влечение) являются яичники и желтое тело; доказано также образование этих гормонов в надпочечниках, семенниках и плаценте. Впервые эстрогены обнаружены в 1927 г. в моче беременных женщин, а в 1929 г. А. Бутенандт и одновременно Э. Дойзи выделили из этого источника эстрон, который оказался первым стероидным гормоном, полученным в кристаллическом виде. В настоящее время открыты две группы женских половых гормонов, отличающихся по своей химической структуре и биологической функции: эстрогены (главный представитель - эстрадиол) и прогестины (главный представитель - прогестерон). Приводим химическое строение основных женских половых гормонов:
Наиболее активный эстроген - эстрадиол, преимущественно синтезируемый в фолликулах; два остальных эстрогена являются производными эстрадиола и синтезируются также в надпочечниках и плаценте. Все эстрогены состоят из 18 атомов углерода. Секреция эстрогенов и прогестерона яичником носит циклический характер, зависящий от фазы полового цикла; так, в первой фазе цикла в основном синтезируются эстрогены, а во второй - преимущественно прогестерон. Предшественником этих гормонов в организме является, как и в случае кортикостероидов, холестерин, который подвергается последовательным реакциям гидроксилирования, окисления и отщепления боковой цепи с образованием прегненолона. Завершается синтез эстрогенов уникальной реакцией ароматизации первого кольца, катализируемой ферментным комплексом микросом - ароматазой; предполагается, что процесс ароматизации включает минимум три оксидазные реакции и все они зависят от цитохрома Р-450.
Ведущую роль в регуляции синтеза эстрогенов и прогестерона играют гонадотропные гормоны гипофиза (фоллитропин и лютропин), которые опосредованно, через рецепторы клеток яичника и систему аденилатциклаза - цАМФ и, возможно, путем синтеза специфического белка контролируют синтез гормонов. Основная биологическая роль эстрогенов и прогестерона, синтез которых начинается после наступления половой зрелости, заключается в обеспечении репродуктивной функции организма женщины. В этот период они вызывают развитие вторичных половых признаков и создают оптимальные условия, обеспечивающие возможность оплодотворения яйцеклетки после овуляции. Прогестерон выполняет в организме ряд специфических функций: подготавливает слизистую оболочку матки к успешной имплантации яйцеклетки в случае ее оплодотворения; при наступлении беременности основная роль сводится к сохранению беременности; прогестерон оказывает тормозящее влияние на овуляцию и стимулирует развитие ткани молочной железы. Эстрогены оказывают анаболическое действие на организм, стимулируя синтез белка.
Распад эстрогенов, по-видимому, происходит в печени
Мужские половые гормоны
Гормон, выделенный из ткани семенников, оказался активнее андростерона почти в 10 раз и был идентифицирован в виде тестостерона (от лат. testis - семенник). Строение всех трех андрогенов может быть представлено в следующем виде.
Андрогены в отличие от эстрогенов в противоположность ароматическому характеру кольца А эстрогенов тестостерон, кроме того, содержит кетонную группу (как и кортикостероиды).
Биосинтез андрогенов осуществляется главным образом в семенниках и частично в яичниках и надпочечниках. Основными источниками и предшественниками андрогенов, в частности тестостерона, являются уксусная кислота и холестерин. Существуют экспериментальные доказательства, что путь биосинтеза тестостерона со стадии холестерина включает несколько последовательных ферментативных реакций через прег-ненолон и 17-я-оксипрегненолон. Регуляция биосинтеза андрогенов в семенниках осуществляется гонадотропными гормонами гипофиза (Л Г и ФСГ), хотя механизм их первичного эффекта до сих пор не раскрыт; в свою очередь андрогены регулируют секрецию гонадотропинов по механизму отрицательной обратной связи, блокируя соответствующие центры в гипоталамусе.
Биологическая роль андрогенов в мужском организме в основном связана с дифференцировкой и функционированием репродуктивной системы, причем в отличие от эстрогенов андрогенные гормоны уже в эмбриональном периоде оказывают существенное влияние на дифференцировку мужских половых желез, а также на дифференцировку других тканей, определяя характер секреции гонадотропных гормонов во взрослом состоянии. Во взрослом организме андрогены регулируют развитие мужских вторичных половых признаков, сперматогенез в семенниках и т. д. Следует отметить, что андрогены обладают значительным анаболическим действием, выражающимся в стимуляции синтеза белка во всех тканях, но в большей степени в мышцах; для реализации анаболического эффекта андрогенов необходимым условием является присутствие соматотропина. Имеются данные, свидетельствующие об участии андрогенов, кроме того, в регуляции биосинтеза макромолекул в женских репродуктивных органах, в частности синтеза мРНК в матке. Распад мужских половых гормонов в организме осуществляется в основном в печени.
