Лекция Тема: ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ВИСЦЕРАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ. РОЛЬ ГОРМОНОВ В РЕГУЛЯЦИИ. Регуляция физиологических функций организма Регуляция вегетативных функций Гуморальная регуляция Особенности гуморальной регуляции Виды гуморальной регуляции Контур гуморальной регуляции Факторы гуморальной регуляции Истинные гормоны
Тканевые гормоны
Метаболические факторы
Механизмы действия на клетки-мишени - через посредство плазматических циторецепторов - через посредство мембранных циторецепторов и вторичного внутриклеточного посредника цАМФ и цГМФ - через посредство мембранных циторецепторов, связанных с воротным механизмом ионных каналов мембраны Роль различных гормонов в регуляции вегетативных функций организма (гипоталамо-гипофизарная система) Гормональная регуляция ростовых процессов в организме (на основе протеингенеза)
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ Вопросы лекции: 1. Общая эндокринология. Понятие о гуморальной регуляции. Факторы гуморальной регуляции. Механизмы действия факторов гуморальной регуляции. Контур гуморальной регуляции. 2. Частная эндокринология. Гипоталамо-гипофизарная принцип регуляции эндокринных желез.
система.
Общий
3. Гормональная регуляция ростовых процессов в организме на основе протеингенеза.
Взаимодействие функций организма как целостной системы достигается за счет деятельности его механизмов регуляции. Нарушение этих механизмов ведет к рассогласованию функций, к дезадаптации организма, т.е. к развитию различных патологических состояний. Совокупность регуляторных процессов хорошо демонстрируется следующей схемой: Регуляция физиологических функций организма Нервная регуляция ЦНС + периферическая НС (соматическая НС)
Гуморальная регуляция
Вегетативная НС
Двигательные функции организма
Эндокринная система
Висцеральные функции организма
Биологическая роль эндокринной системы тесно связана с ролью нервной системы: эти две системы совместно координируют функцию других (нередко разделенных значительным расстоянием) органов и органных систем. Обе системы работают как синергисты, для достижения конечного полезного результата – адаптации организма к изменениям внешней и внутренней среды. Эндокринная система включает в себя: 1. Эндокринные железы (железы без выводных протоков); 2. Компактные группы клеток, входящие в состав различных органов: - островковые клетки поджелудочной железы; - интерстициальные клетки Лейдига в семенниках;
Диффузная эндокринная система
- слизистая оболочка 12-ти перстной кишки; - гипоталамус (АДГ, ОКТЦ) Отличительная функциональная черта эндокринной системы осуществление своего влияния посредством ряда веществ – гормонов.
–
это
Гормоны – это химически разнородная группа веществ, общей особенностью которых является то, что гормоны: 1. Синтезируются в специализированных клетках или эндокринных железах; 2. Переносятся кровью к более или менее отдаленным органам и тканям; 3. Оказывают на эти органы-мишени специфическое действие, которое, как правило, не способны воспроизвести другие вещества; 4. Для всех гормонов характерно то, что они оказывают действие только на сложные клеточные структуры (клеточные мембраны, ферментные системы). Поэтому их действие нельзя исследовать в гомогенатах, а только in vivo или в культурах ткани; 5. Эндокринные железы и группы клеток заняты синтезом и секрецией своих гормонов и не выполняют больше никаких других функций.
Классификация гормонов
Все выделяющиеся гормоны по классифицировать следующим образом:
химическому
составу
можно
1. Производные аминокислот (тироксин, трийодтиронин, КА); 2. Белково-пептидные гормоны (сюда же относятся нейропептиды – субстанция Р, энкефалины, эндорфины); 3. Стероидные гормоны (кортикостероиды). 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. В связи с этим, гормоны, выделенные из желез животных, не всегда могут быть использованы для введения человеку, так как, подобно чужеродным белкам, могут вызвать образование защитных иммунных реакций (образование антител) и явление аллергии.
В строении любого гормона выделяют: 1. Гаптомер – обеспечивает поиск «адреса» действия гормона (клетки-мишени) 2. Актон – обеспечивает специфическое действие гормона 3. Фрагменты молекулы гормона, которые обеспечивают степень активности гормона
По функциональному значению выделяют 3 группы гормонов: 1. Эффекторные – они оказывают непосредственное влияние на органымишени. Примером служат гормоны щитовидной железы – тироксин, поджелудочной – инсулин, минералокортикоиды – альдостерон, гипоталамуса – АДГ, ОКТЦ (выделяются нейрогипофизом); 2. Гормоны, основной функцией которых является регуляция синтеза и выделения эффекторных гормонов. Эти гормоны называют тропными (или гландотропными, т.е. оказывающими тропное воздействие на железы) – выделяются аденогипофизом по типу нейроэкскреции через нейрокапиллярные синапсы в первично-капиллярные области воротной системы кровообращения гипоталамо-гипофизарной системы; 3. Рилизинг-гормоны – либерины (активация) и статины (троможение) – выделяются нейронами гипоталамуса. Эти гормоны регулируют синтез и выделение гормонов аденогипофизом.
Физиологическое значение гормонов Гормоны (все их виды) выполняют 3 основные функции: 1. Делают возможным и обеспечивают адаптацию активности физиологических систем; 2. Делают возможным и обеспечивают физическое, половое и умственное развитие; 3. Обеспечивают поддержание некоторых показателей на постоянном уровне (осмотическое давление, уровень глюкозы в крови) – гомеостатическая функция. Особенности гуморальной регуляции (основные отличия гуморальной регуляции от нервной) 1. Носителем информации в этом виде регуляции является химическое вещество (гормон)
2. Которое имеет путь передачи
сосуды (кровь) межклеточные щели (тканевая жидкость) синаптическая передача
3. Эти вещества действуют на клетки-мишени путем переноса с током крови или диффузией их в тканевой жидкости 4. Такая передача процесса возбуждения или торможения медленная 5. И не действует, как в нервной регуляции, точно в определенную часть мышцы или органа, а передается по принципу «всем, всем, кто отзовется» 6. Все это обеспечивает генерализованные реакции, не требующие большой ответной скорости. ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ Основные отличия гуморальной регуляции от нервной
Носитель информации – химическое вещество
Путь передачи – сосуды и межклеточные щели
Способ передачи – с током крови или диффузией их в тканевой жидкости
Факторы гуморальной регуляции
Медленная передача гуморальных сигналов
Передача по принципу: «всем, всем, кто отзовется»
Гормоны: -истинные; -тканевые; -метаболиты
В результате достигается конечный полезный результат: обеспечение преимущественно генерализованных реакций, не требующих большой срочности!
Функциональное значение гормонов 1.Гормоны как носители информации
Гормоны оказывают действие в очень низких концентрациях. Они не играют роль субстратов в биохимических процессах (каталитические реакции с участием ферментов), которые они контролируют. Но их концентрация обеспечивает правильность протекания биохимических реакций в клеткахмишенях. То есть, в этом случае гормоны являются носителями информации для осуществления реакции. Это подчеркивает аналогию эндокринной системы с нервной. 2.Гормоны как элементы гуморальных регуляторных систем АДГ, адреналин, норадреналин, альдостерон
Тироксин
Концентрация этих гормонов в крови Концентрация гормона поддерживается на значительно колеблется в зависимости от постоянном уровне ситуации За счет этого осуществляется регуляция регулируемого параметра или переменной – уровень глюкозы в крови, концентрация Са+2, осмолярность плазмы и т.д.
Сам гормон является регулируемым параметром регуляторной системы для обеспечения осуществления определенных функций организма (повышение энергообмена при холоде, стрессе; белковый обмен и т.д.)
Принципиальная схема строения контура гуморальной регуляции Контур – это принципиальная схема, объединяющая на основе функциональной взаимосвязи отдельные звенья (участки) регуляторного процесса. В нашем случае – гуморальной реакции. Какие звенья выделяем: 1. УУ – «управляющее устройство» - это сама железа или комплекс клеток, инкретирующих биологически активное вещество (гормон); 2. Орган-эффектор – это тот орган, на который действует инкретируемый гормон. Это исполнительный механизм, который будет выполнять гуморальную команду; 3. РП – регулируемые параметры определенной функциональной системы, отклонения которой от заданного значения является пусковой афферентацией гуморальной реакции. Попытаемся составить схему взаимодействия этих звеньев: Внешний канал связи Внутренний канал связи
УУ (ЭЖ)
Факторы гуморальной регуляции Обратная связь
Органэффектор
РП
Но это еще «не всё». Данную регуляцию необходимо и можно «включить» или внешним пусковым раздражителем, или внутренним (из центра вегетативной регуляции функций – гипоталамуса) – поэтому включаем 2 канала афферентации: - внешний - прямой (от Hth) В этом контуре гуморальной регуляции основным передающим звеном являются факторы гуморальной регуляции, которые действуют на орган-эффектор различными способами передачи. Отсюда можно выделить 4 способа гуморальной передачи (регуляции): 1. Медиаторный – путем передачи биологически активного вещества через синаптическую щель (холин-адренергические синапсы) 2. Эндокринный – посредством сосудов через кровь 3. Паракринный – в организме есть инкретирующие клетки, которые очень близко расположены к своим органам-мишеням. В результате передать гормон можно через диффузию его в тканевой жидкости (секретин на островковые клетки поджелудочной железы) 4. Нейрокринный – выделение биологически активных веществ белковопептидной природы – нейропептиды. Они вырабатываются нейронами гипоталамуса (энкефалины, эндорфины, АДГ, рилизинг-гормоны), а также многими клетками, разбросанными по организму. Например, клетками кишки: вещество Р, ВИП – вазоактивный пептид, соматостатин. Все эти клетки образуют диффузную эндокринную систему. Их образование связано с работой пептидаз, которые при движении нейропептидов с аксотоком действуют на них. Образуются нейропептиды разной длины пептидной цепи, разной сложности и разного кислотного состава. В результате концепция Дейла (1935 г.) «один синапс – один медиатор» дополнена. В одном синапсе наряду с одним медиатором могут выделятся 2-3 нейропептида, которые дополняют или тормозят действие медиатора этого синапса (холинергического или адренергического), кроме этого, сами могут выполнять собственную своеобразную медиаторную функцию. В результате влиять: а) на эмоциональный фон личности; б) на половое поведение; в) активирующее влияние на нервные процессы и т.д. Нейропептиды через циторецепторы клеток вызывают узкоспециализированную ответную реакцию: - на мышечную клетку – функция сокращения - на скелетную клетку – функция секреции.
В этом плане очень интересны данные о функциях мышечных клеток предсердий сердца, которые обладают не только сократительной функцией, но и секреторной. В последнее 5 лет установлено, что в условиях увеличение притока крови к предсердиям (увеличение ОЦК) клетки миокарда предсердий выделяют атрионатрийуретический фактор – ANF. Это вещество рассматривается как релаксантная атриопептидная система, которая влияет: 1. На расслабление периферических сосудов (Н2О выходит из крови в межклеточную жидкость); 2. На резкое увеличение диуреза за счет снижения реабсорбции Na, за электролитами выходит в мочу и Н2О; 3. На уменьшение секреции альдостерона (уменьшается вторично реабсорбция Na); 4. На снижение эффективности работы ренин-ангиотензиновой системы (это самое главное); 5. На конечный результат – уменьшение количества крови, притекающей к сердцу (принцип саморегуляции).
Факторы гуморальной регуляции Факторы центральной (дистантной) гуморальной регуляции
Истинные гормоны 1)гормоны гипофиза; 2)гормоны эпифиза; 3)гормоны коркового и мозгового слоя надпочечников; 4)гормоны поджелудочной железы; 5)гормоны щитовидной и околощитовидной железы; 6)гормоны половых желез
Тканевые гормоны Образующиеся при участии специализированных инкреторных клеток: 1)ЖКТ; 2)почки – ЮГА, ренин; ангиотензиновая система и др.
Образующиеся в результате деятельности неспециализированных клеток: 1)калликреинкининовая система; 2)простагландины; 3)эндорфины; 4)энкефалины; 5)гистамин; 6)серотонин и др.
Факторы местной гуморальной регуляции Метаболические факторы 1)молочная и пировиноградная кислота; 2)СО2; 3)аденозин; 4)гипоксия; 5)гиперосмия; 6)ионы К и др.
Механизмы регуляции деятельности эндокринных желез (т.е. концентрации гормонов в крови) (в контуре гуморальной регуляции – это влияние внешнего и внутреннего фактора (канала) в регуляции деятельности эндокринных желез (УУ)) Механизмов регуляции два. I путь регуляции: трансаденогипофизарная регуляция (нейрогуморальная регуляция) Заключается в том, что действие различных раздражителей по соответственным проводящим путям достигает высшего центра регуляции – гипоталамуса. Возбуждение его зоны – гипофизотропная зона гипоталамуса, состоящая из мелких нейрональных ядер – VMN – вызывает по механизму нейроэкскреции выделение высвобождающих или инактивирующих гормонов (рилизинг-гормоны: статины и либерины) через нейрокапиллярные синапсы первично-капиллярной области воротной системы гипофиза секрецию им тропных гормонов (СТГ, ГТГ и ТТГ). Попадая в кровь, омывающую соответствующие эндокринные железы, эти гормоны регулируют концентрацию инкретируемых гормонов.
Гипоталамус Гипофизотропная зона гипоталамуса
Аденогипофиз
Тропные гормоны
Железа (щитовидная железа, корковый слой надпочечников)
Так достигается концентрация в крови гормонов аденогипофизарно-зависимых желез
II путь регуляции – парагипофизарный (минуя гипофиз) (нейро-гуморальная регуляция) Осуществляется путем взаимоотношения гуморально регулируемого параметра и эндокринной железы, чей гормон осуществляет эту регуляцию. А) Так, повышение осмолярности тканевой жидкости и плазмы вызывает возбуждение осморецепторов сосудистого русла, которое по соответственным путям достигает гипоталамуса (СОЯ), вследствие чего выделяется АДГ путем нейросекрециии в капиллярную сеть нейрогипофиза, а оттуда в кровь, омывающую
нефроны (их собирательные трубочки). Это приводит к увеличению реабсорбции воды и снижению диуреза, осмолярность при этом нормализуется. Б) Повышение уровня глюкозы в крови (гипергликемия) через возбуждение глюкорецепторов сосудистого русла по соответствующим путям приходит в гипоталамус, оттуда по эфферентным симпатическим путям регулируется тонус кровеносных сосудов поджелудочной железы. Это усиливает кровоснабжение железы и тем самым опосредованно влияет на увеличение секреции инсулина. В) Непосредственного нервного влияния на секреторные клетки желез не наблюдается, но концентрация регулируемого данной железой вещества в крови, протекающей через эту железу, гуморально увеличивает или снижает секрецию гормона, регулирующего эту концентрацию: - повышение концентрации Са+2 и снижение фосфатов в крови, протекающей через паращитовидные железы, угнетает секрецию паратгормона и увеличивает секрецию тиреокальцитонина; - увеличение концентрации глюкозы в крови усиливает секрецию инсулина и наоборот. Так достигается концентрация в крови гормонов неаденогипофизарнозависимых желез.
Общий обзор эндокринной системы 1. Центральные звенья эндокринной системы
1) Гипоталамус Ядра: передняя группа ядер: SON – АДГ PVCN – ОКТЦ средняя группа ядер:
VMN – рилизинг-гормоны (ТРГ, КРГ, ГР-РГ, ЛГРГ, ФСГ-РГ, ПРЛ-РГ, МСТ-РГ, ГР-ИГ, МСГ-ИГ, ПРЛ-ИГ) Аркуатное ядро
2) Гипофиз А) аденогипофиз – тропные гормоны;
Б) нейрогипофиз – АДГ, ОКТЦ 3) Эпифиз 2. Периферические звенья А. Эндокринные железы, зависимые от аденогипофиза через рилизинг-гормоны: а) щитовидная железа (ТТГ); б) кора надпочечников (АКТГ); в) гонады: семенник, яичник. Б. Эндокринные железы, независимые от аденогипофиза: а) мозговая часть надпочечников; б) околощитовидная железа; в) кальцитониноциты щитовидной железы (парафолликулярные клетки щитовидной железы); г) гормонопродуцирующие клетки неэндокринных желез Механизм действия факторов гуморальной регуляции на клетки-мишени Согласно современным представлениям, действие гормонов основано на стимуляции или угнетении каталитической функции некоторых ферментов в клетках органов-мишеней. Выделено 3 пути реализации этого процесса: 1. Действие гормонов на клетки посредство плазматических рецепторов. Такой путь возможен, когда гормон представляет собой жирорастворимое вещество, способное проникать через мембраны клеток : стероидные и тиреоидные гормоны. Образующийся комплекс «гормон+цитоплазматический рецептор» проникает в ядро клетки, действуя на различные участки ДНК (гены), что изменяет синтез белковых молекул, синтезируются уже другие белки, что приводит к различным биологическим эффектам (происходит активация генов).
2. Действие гормонов на клетки посредством мембранных циторецепторов и внутриклеточного посредника цАМФ или цГМФ: катехоламины и белковопептидные гормоны. Этот путь возможен, когда гормон защищен дополнительной белковой оболочкой и не может пройти клеточную мембрану. При образовании комплекса «гормон+мембранный циторецептор» происходит активация
аденилатциклазы или гуанилатциклазы. Это обеспечивает образование в клетке второго посредника (первым является гормон) из АТФ. Эти ферменты запускают активацию протеинфосфокиназ в клетке, что приводит к реакциям фосфорилирования белковых молекул клетки, образованию новых белков мембран, белков-ферментов и др.
Гормон
Мембранный цитоцентр Мембранный фермент АЦ-аза или ГЦ-аза Образование внутриклеточного посредника цАМФ или цГМФ Активация ферментов белкового синтеза (протеинфосфокиназа) Усиление энергообеспечения клетки, усиление трансмембранного транспорта определенных веществ и др. биологические эффекты 3. Действие гормонов на клетки посредством мембранных циторецепторов, связанных с воротным механизмом ионных каналов мембраны: катехоламины посредством α-адренорецепторов. Этот путь возможен, когда гормон не проходит через мембрану клетки, но при образовании комплекса «гормон+мембранный циторецептор» изменяется проницаемость мембраны клетки для определенных ионов (открывается воротный механизм ионного канала мембраны клеткимишени), что приводит к различным биологическим эффектам. Сравнительная характеристика истинных и тканевых гормонов Истинные гормоны 1. Являются продуктами жизнедеятельности специализированных эндокринных желез
Тканевые гормоны 1. Образуются в результате деятельности специализированных эндокринных клеток, расположенных в некоторых тканях и органах, или в результате деятельности неспециализированных клеток различных органов и тканей
2. Обладают дистантным действием (эндокринный тип регуляции)
2. Обладают местным действием (паракринный тип регуляции, нейрокринный – для нейропептидов)
Общие свойства A. Характеризуются специфичностью строения (кроме гистамина и серотонина) B. Обладают высокой биологической активностью C. Отличаются специфичностью действия D. Обладают целенаправленностью секреции (их действие направлено на определенные клетки-мишени) E. Секретируются при определенных состояниях в целях обеспечения этого состояния
ГИПОФИЗОТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ ГИПОТАЛАМУСА
VMN гипоталамуса
Аденогипофиз
А. Рилизинг-гормоны (либерины) 1. ТРГ (тиреотропин-рилизинггормон или тиреолиберин) 2. КРГ (кортикотропинрилизинг-гормон или кортиколиберин) 3. ГР-РГ (гормон ростарилизинг-гормон или соматолиберин) 4. ЛГ-РГ ФСГ-РГ
5. ПРЛ-РГ 6. МСГ-РГ
Рилизинг-гормон тиреотропного гормона Рилизинг-гормон адренокортикотропного гормона Рилизинг-гормон соматотропного гормона Рилизинг-гормон лютеинизирующего гормона и фолликулостимулирующего гормона Рилизинг-гормон пролактина Рилизинг-гормон меланоцитстимулирующего гормона (меланолиберин)
ТТГ АКТГ СТГ ЛГ и ФСГ
ПРЛ МСГ
Б. Ингибирующие гормоны (статины) 1. ГР-ИГ 2. МСГ-ИГ 3. ПРЛ-ИГ
Гормон-ростаингибирующий гормон (соматостатин) Ингибирующий гормон меланоцитстимулирующего гормона (меланостатин) Ингибирующий гормон пролактина
СТГ МСГ ПРЛ