Глава 1 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ
Железы внутренней секреции, или эндокринные железы, представляют собой специализированные органы, которые в отличие от желез внешней секреции не имеют выводных протоков и выделяют продуцируемые гормоны непосредственно в кровь или лимфу. Эндокринные железы (железы внутренней секреции) входят в эндокринную систему. Эндокринная система регулирует работу органов организма, обменные процессы, а также поддерживает состояние равновесия (гомеостаз).
Гормоны – это биологически высокоактивные вещества, образуемые в железах внутренней секреции, поступающие в кровь и влияющие на функции органов и систем организма, удаленных от места их инкреции. С момента образования в эндокринных железах до выделения из организма гормоны проходят несколько стадий: образования, накопления, высвобождения, транспортирования, осуществления биологического действия, инактивации и экскреции.
Гормоны и нервная система являются главными в передаче информации клеткам. Они, с одной стороны, регулируют и интегрируют функции органов и клеток, делая организм единым целым, с другой – поддерживают постоянство внутренней среды организма. Гормоны совершенно необходимы для нормального роста, развития и репродукции человека.
Большинство гормонов связываются в крови с белками плазмы, выполняющими транспортную функцию, и теряют биологическую активность. Минимальное количество гормонов циркулирует в крови в свободном (биологически активном) состоянии.
→ По физическому действию гормоны делятся на пусковые гормоны и гормоны-исполнители:
пусковые гормоны (активаторы деятельности других желез) – это прежде всего нейрогормоны гипоталамуса, а также эпиталамуса, шишковидной железы и отдельных специализированных клеток, разбросанных в центральной нервной системе (ЦНС);
гормоны-исполнители в отличие от пусковых гормонов непосредственно воздействуют на некоторые основные функции организма: рост, обмен веществ, размножение, адаптацию, деятельность и тонус нервной и сердечно-сосудистой систем.
После образования в эндокринных железах гормоны по мере необходимости поступают в кровь, лимфу, межклеточное вещество, что зависит в определенной степени от времени суток и возраста человека. Например, максимальное выделение в кровь гормонов щитовидной железы и кортикостероидов отмечается в утренние часы, а минимальное – в вечерние часы. Интенсивное выделение гонадотропных гормонов гипофиза отмечается в ночное время, половых гормонов – в ранние утренние часы, а их снижение – к вечеру.
→ Гормоны обладают дистантным характером действия, строгой специфичностью, высокой биологической активностью и длительно сохраняющимся эффектом.
Дистантный характер действия: органы-мишени расположены, как правило, далеко от места образования гормонов в эндокринных железах. Так, например, антидиуретический гормон, освобождающийся в кровоток из задней доли гипофиза, по кровотоку достигает эффекторного органа – собирательных трубочек почек, где активирует реабсорбцию воды.
Строгая специфичность действия: реакции органов и тканей на определенный гормон не могут быть вызваны другими (неспецифичными для этих органов и тканей) гормонами.
Гормоны оказывают физиологическое воздействие в чрезвычайно малых дозах. Эффективность биологического действия гормонов обусловлена, с одной стороны, их высокой концентрацией в крови или лимфе, с другой – чувствительностью к их действию клеток и тканей. Установлено 4 основных типа физиологического действия гормонов на организм:
кинетическое, или пусковое, вызывающее определенную деятельность эффекторов;
метаболическое, вызывающее изменение обмена веществ;
морфогенетическое (дифференциация тканей и органов, действие на рост, стимуляция формообразовательного процесса и т. д.); корригирующее (изменение интенсивности всех функций организма или его отдельных органов, или систем).
→ Существует несколько путей действия гормонов: эндокринный; паракринный; нейроэндокринный; аутокринный; юкстакринный.
Аутокринный путь (рис. 1а): действие гормона на ту же клетку, в которой он синтезирован. Гормон секретируется во внеклеточную жидкость и вновь поступает в ту же клетку. Например, инсулин секретируется из В-клетки во внеклеточную жидкость, затем вновь поступает в эту же клетку и тормозит секрецию инсулина.
Паракринный путь (рис. 1б): гормон поступает во внеклеточное вещество и действует на рядом лежащие другие клетки в железе, не поступая в кровоток. Например, гормон соматостатин секретируется из D-клеток островков Лангерганса – Соболева поджелудочной железы в межклеточное вещество и действует на рядом лежащие А– и В-клетки островка, тормозя секрецию инсулина и глюкагона.
Эндокринный (классический) путь (рис. 1в): гормон из своей эндокринной железы поступает прямо в кровоток или лимфоток и по ним достигает своего эффекторного органа.
Юкстакринное действие (рис. 1г): гормон из клетки, в которой он синтезирован, оказывает действие на окололежащую клетку, на которой есть рецептор к этому гормону. Такое действие оказывает гемопоэтический фактор роста.
Нейроэндокринное, или нейротрансмиттерное, действие (рис. 1д): по аксону нервной клетки нейротрансмиттеры поступают в синаптическую щель и на рецептор конечного органа-мишени. В центральной нервной системе такими нейротрансмиттерами являются допамин, норадреналин, адреналин, а на периферии – допамин, норадреналин, ацетилхолин.
Один и тот же гормон может обладать несколькими из описанных путей действия.
Примеры
• Адреналин, норадреналин, допамин обладают эндокринным действием: из мозгового слоя надпочечника поступают в кровоток и действуют на свои, отдаленные от их эндокринной железы конечные эффекторные органы; в мозге и на периферии эти гормоны действуют как нейротрансмиттеры.
• Соматостатин в островках поджелудочной железы оказывает паракринный эффект: секретируемый из D-клеток, он во внеклеточной жидкости действует на А– и В-клетки островка, тормозя секрецию инсулина и глюкагона. При этом одновременно гормон поступает в кровоток, действуя эндокринным путем.
• Кортизол, кроме классического эндокринного действия, оказывает паракринное действие: по внеклеточной жидкости из пучковой зоны коры надпочечника он поступает в мозговой слой надпочечника и стимулирует синтез адреналина.
• Инсулин, кроме классического эндокринного действия, обладает аутокринным и паракринным действием. Аутокринное действие: инсулин секретируется из В-клетки островка и из межклеточного вещества поступает в ту же В-клетку. Паракринное действие: инсулин, секретируемый из В-клетки островка и в межклеточном веществе, действует на А-клетки, тормозя секрецию глюкагона.
→ Типы гормонов и их предысточники
Различают белковые, пептидные, стероидные, аминокислото-содержащие, аминокислотные модифицированные гормоны:
белковые – гонадотропные гормоны, ТТГ (тиреотропный гормон), пролактин, инсулин, ПТГ (паратиреоидный гормон);
пептидные – АКТГ (адренокортикотропный гормон);
стероидные (предысточник – холестерин) – гормоны коры надпочечников, половые гормоны, витамин D3 (1,25(OH)2D);
аминокислотосодержащие (предысточник – аминокислота тирозин) – тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3);
аминокислотные модифицированные (из аминокислоты тирозин) – катехоламины: адреналин, норадреналин, допамин. Предысточник – жирные кислоты (ретиноид – ретиноевая кислота, простагландин Е1).
Ряд активных гормонов образуется не только в эндокринных железах, но и в периферических тканях из прогормонов: трийодтиронин – из тироксина; дигидротестостерон – из тестостерона; тестостерон и эстрогены – из андростендиона.
→ Особенности эффектов гормонов
Каждый гормон обладает функцией, механизмом действия и, как результат, эффектом или эффектами.
Примеры
• Паратиреоидный гормон. Функция: накопление кальция (ионизированного) в организме, поддержание нормальной концентрации кальция в сыворотке крови. Механизм действия: 1) стимулирование остеокластов в кости, увеличение резорбции кости и выход кальция в кровоток; 2) увеличение реабсорбции кальция в почках; 3) увеличение синтеза активного гормона витамина D3 в почке и косвенно через него увеличение всасывания кальция в тонкой кишке. Эффект: повышает уровень кальция (ионизированного) в сыворотке крови.
• Антидиуретический гормон. Функция: резервирование жидкости в организме. Механизм действия: эффекторный орган – собирательные трубочки почек. Увеличивает проницаемость эпителия и открывает водные каналы для реабсорбции жидкости. Эффект: увеличение количества жидкости в организме.
• Альдостерон. Функция: накопление натрия в организме. Механизм действия: 1) в собирательных трубочках почек открывает натриевые и калиевые каналы; 2) увеличивает реабсорбцию натрия в обмен на экскрецию калия и водорода. Эффект: поддержание нормального уровня натрия и калия в сыворотке крови.
Гормоны обладают рядом следующих эффектов.
Один гормон – один эффект
Пример
• Альдостерон повышает уровень натрия в сыворотке крови (резервирует натрий), паратиреоидный гормон повышает уровень кальция в сыворотке крови, кальцитонин понижает уровень кальция в сыворотке крови и т. д.
Один гормон – много эффектов
Пример
• Инсулин стимулирует липогенез, синтез белка, гликогена, холестерина и триглицеридов, тормозя одновременно липолиз, протеолиз, кетогенез, глюконеогенез, гликогенолиз.
Много гормонов – один эффект
Пример
• Гормоны глюкагон, катехоламины и гормон роста стимулируют липолиз (распад жира), синтез белка стимулируют гормон роста, инсулин, анаболические стероиды.
Гормоны-агонисты и гормоны-антагонисты – синергический/антагонистический эффекты
Один и тот же гормон в зависимости от физиологического действия может иметь с другим гормоном или синергический эффект, или эффект антагонистический. Такие эффекты гормонов – в одних случаях синергичные, в других антагонистичные – биологически обусловлены и позволяют поддерживать нормальное количество жира, белка, гликогена в организме, нормальный уровень глюкозы и электролитов в крови, то есть сохранять постоянство внутренней среды организма.
Примеры
• Инсулин и гормон роста. Действие обоих гормонов на синтез белка синергично, поскольку они стимулируют синтез белка, но по действию на жировую ткань инсулин и гормон роста – антагонисты: инсулин стимулирует синтез жира (липогенез) и тормозит липолиз, а гормон роста, наоборот, стимулирует липолиз.
• Кортизол и инсулин. В действии на синтез гликогена в печени и мышцах кортизол и инсулин – синергисты, а по действию на метаболизм белка инсулин и кортизол – антагонисты: инсулин стимулирует синтез белка, кортизол же стимулирует катаболизм белка.
• Катехоламины и кортизол. Оба гормона оказывают синергичное действие на глюконеогенез в печени, оба стимулируют синтез глюкозы в печени из аминокислот, но на синтез гликогена в печени гормоны оказывают антагонистическое действие: кортизол стимулирует синтез гликогена, а катехоламины вызывают гликогенолиз (распад гликогена до глюкозы).
→ Рецепторы гормонов
Гормоны начинают осуществлять свою функцию через связывание со специфическим, единственным для данного гормона, рецептором клетки. Рецептор высокочувствителен к своему гормону, он узнает его из миллиона окружающих частиц. Выделяют две группы рецепторов по их расположению: на наружной поверхности мембраны клетки; рецепторы внутри клетки – в цитоплазме или ядре.
Рецепторы на поверхности клетки
Рецепторы, которые расположены на поверхности клетки, связывают белковые и пептидные гормоны, катехоламины, простагландины и т. д. Эти рецепторы по строению – пептиды и проходят через мембрану в цитоплазму клетки. Они могут состоять из разного количества субъединиц. Информация от гормона к связанному с ним рецептору передается трансмембранно с нуклеотидсвязывающим G-протеином и другими протеинами, которые регулируют процесс либо образования, либо торможения второго мессенджера – цАМФ (циклический аденозинмонофосфат) или цГМФ (циклический гуанидинмонофосфат). Под влиянием сигнала с гормона через рецептор внутри клетки (при участии цАМФ и цГМФ) активируется тирозинкиназа, которая стимулирует энзимы, синтез белка и осуществляет эффекты данного гормона.
Пример
• Рецептор инсулина в периферических тканях состоит из двух субъединиц: α-субъединица находится на наружной поверхности клетки, β-субъединица – в цитоплазме клетки. Инсулин занимает α-субъединицу, и сигнал через β-субъединицу приводит к образованию цГМФ и протеинкиназы. В результате активируются транспортные белки для глюкозы, которые переносят глюкозу в клетку, увеличивается проницаемость клеточных мембран для глюкозы, аминокислот, калия, активируется синтез гликогена – это ведет к образованию гликогена в клетках печени и мышцах, мышечного белка, в жировой ткани увеличивается синтез жира. То есть осуществляются функция и эффекты инсулина: утилизация глюкозы тканями, синтез белка, гликогена, жира.
Рецепторы в ядре клетки
Рецепторы внутри клетки связываются со стероидными гормонами, тиреоидными гормонами, витамином D3, ретиноидами. Структура и функция ядерных рецепторов – за исключением некоторых различий в деталях их действия – подобна таковым у рецепторов на клеточной поверхности. Гормонрецепторный комплекс стимулирует в ядре специфический ген (гены) или, наоборот, репрессирует его. С активированного специфического гена, отвечающего за ту или иную функцию данного гормона, мессенджеры рибонуклеиновой кислоты снимают информацию и передают ее в цитоплазму клетки для активации рибосомами соответствующих энзимов и осуществления эффекта данного гормона.
Пример
• Под воздействием кортизола активируются гены, которые передают в цитоплазму клетки информацию, приводящую к развитию эффектов кортизола, в частности к синтезу глюкозы и гликогена в печени, катаболизму белковой ткани, подавлению активности иммунной системы.
Специфичность рецептора для одного-единственного гормона подтверждается следующими наблюдениями. В коре надпочечников, помимо глюкокортикоидов и минералокортикоидов, синтезируется прогестерон, 17-гидроксипрогестерон, тестостерон, эстрогены, то есть половые гормоны. Эти гормоны синтезируются и в половых железах под влиянием тех же энзимов. Однако для синтеза половых гормонов в надпочечнике необходима стимуляция адренокортикотропным гормоном (АКТГ), а в яичнике – стимуляция фолликулостимулирующим (ФСГ) и лютеинизирующим (ЛГ) гормонами. Это доказывает специфичность рецепторов, которые связывают только один, свой, гормон.
Исключение составляют рецепторы кортизола и альдостерона. Их рецепторы находятся в ядрах клеток эффекторных органов и являются общими для обоих гормонов. Концентрация кортизола в сыворотке крови в 100 раз выше, чем альдостерона, он мог бы занять и рецепторы альдостерона в его эффекторных органах – главным образом в почке. Но природа предусмотрела это: именно в местах действия альдостерона есть энзим, который инактивирует кортизол, превращая его в неактивный кортизол, и рецептор становится свободен для альдостерона.
Структура и механизмы функционирования эндокринной системы
Строение эндокринных желез разнообразно:
одноклеточные (элементы диффузной эндокринной системы);
мелкие компактные клеточные скопления (панкреатические островки);
сравнительно крупные органные структуры (щитовидная железа, надпочечник и др.).
Есть также эндокринные органы, периодически появляющиеся и исчезающие (желтое тело и фолликул яичника).
В эндокринной системе выделяют:
центральное звено (эпиталамус + шишковидное тело и гипоталамус + гипофиз);
периферическое звено, представленное железами, зависимыми от передней доли гипофиза (щитовидная железа, кора надпочечников, гонады) и независимыми от него (паращитовидные железы, мозговая часть надпочечников и гормонпродуцирующие клетки неэндокринных органов).
Секреторные ядра гипоталамуса и шишковидное тело образуют группу нейроэндокринных трансмиттеров (переключателей), то есть при помощи своих гормонов переключают информацию, поступающую в центральную нервную систему, на гипоталамо-гипофизарную систему, которая, в свою очередь, выделяет необходимое количество гормонов, стимулирующих функцию периферических желез внутренней секреции. Таким образом, нервная и эндокринная системы выступают как единая регулирующая нейроэндокринная система.
Высшим нейроэндокринным органом является гипоталамус, в ядрах которого синтезируются нейрогормоны, регулирующие функцию передней доли гипофиза, – гипофизотропные нейрогормоны, или факторы. Это гормоны, которые стимулируют функцию передней доли гипофиза – рилизинг-факторы и ингибиторные факторы, – которые тормозят секрецию определенных гормонов гипофиза.
Под влиянием гипофизотропных нейрогормонов гипофиз синтезирует и секретирует тропные гормоны, стимулирующие функцию гипофизозависимых эндокринных желез: щитовидной железы, коры надпочечников, половых желез.
Нейрогормоны гипоталамуса синтезируются в его ядрах и по гипофизарной вене поступают в переднюю долю гипофиза; ниже перечислены их виды, которые выделяют в настоящее время.
Гормоны гипоталамуса (гипофизотропные):
тиреотропин-рилизинг-фактор (ТРФ) – стимулирует синтез и секрецию тиреотропного гормона;
кортикотропин-рилизинг-фактор (КРФ) – стимулирует синтез и секрецию гипофизом адренокортикотропного гормона;
гонадотропин-рилизинг-фактор (ГнРФ) – стимулирует синтез и секрецию гонадотропных гормонов гипофизом фолликулостимулирующего гормона и лютеинизирующего гормона;
гормон роста-рилизинг-фактор (ГрРФ) – стимулирует синтез и секрецию гормона роста;
соматостатин – тормозит синтез и секрецию гормона роста и тиреотропного гормона;
допамин, или пролактинингибирующий фактор – тормозит синтез и секрецию пролактина;
пролактин-рилизинг-фактор (ПРФ) – стимулирует синтез и секрецию пролактина в гипофизе, идентичен тиреотропинрилизинг-фактору за исключением следующих моментов: ПРФ влияет только на секрецию пролактина в гипофизе, тогда как ТРФ в основном стимулирует синтез и секрецию тиреотропного гормона в гипофизе.
Гормоны передней доли гипофиза:
тиреотропный, или тиреостимулирующий, гормон (ТТГ) – является гликопротеином и стимулирует рост щитовидной железы, а также все ее функции, синтезируется в тиреотропах гипофиза;
адренокортикотропный гормон (АКТГ) – синтезируется в кортикотропах гипофиза, стимулирует функцию коры надпочечников, ее рост и кровоснабжение, активирует синтез кортизола, надпочечниковых андрогенов до альдостерона;
гонадотропные гормоны – фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), лютеинизирующий гормон (ЛГ) – синтезируются в гонадотропах гипофиза. В яичниках ФСГ стимулирует рост и созревание фолликулов, синтез и секрецию эстрадиола, а ЛГ стимулирует овуляцию, синтез прогестерона и тестостерона. В яичке ЛГ стимулирует синтез тестостерона, а ФСГ – рост и созревание сперматозоидов;
гормон роста (ГР) – синтезируется в соматотропах гипофиза. Не имеет своей эффекторной эндокринной железы, секретируется в кровоток в связи с белком, который идентичен его рецептору, и осуществляет свою функцию и эффекты, соединяясь с рецепторами многих эффекторных органов;
пролактин – синтезируется в лактотропах гипофиза, не обладает своей эффекторной эндокринной железой и имеет значение во время беременности и лактации.
→ Регуляция функций гипоталамо-гипофизарной системы и зависимых от них периферических эндокринных желез
Осуществляется регуляция в основном по принципу отрицательной обратной связи: гипоталамус стимулирует гипофиз, тропные гормоны гипофиза стимулируют функцию зависимых от них периферических эндокринных желез, а их гормоны, оказывая свой эффект на периферии, тормозят секрецию гормонов гипоталамуса и гипофиза. Этот механизм отрицательной обратной связи поддерживает функцию эндокринных желез.
→ Не зависимые от гипоталамо-гипофизарной системы эндокринные железы
Околощитовидные железы:
синтезируют паратиреоидный гормон (ПТГ), функция которого заключается в накоплении кальция в организме. Стимул для секреции – снижение уровня ионизированного кальция в сыворотке крови. Тормозит секрецию ПТГ повышение уровня кальция в крови.
С-клетки, или парафолликулярные клетки:
в щитовидной железе синтезируют гормон кальцитонин, секреция которого регулируется уровнем Са++ в сыворотке крови. Стимулирует секрецию кальцитонина повышение уровня ионизированного кальция в сыворотке крови, а тормозит секрецию понижение уровня Са++ в крови.
Островки Лангерганса – Соболева поджелудочной железы:
В-клетки островков синтезируют и секретируют инсулин, стимулом для секреции является повышение уровня глюкозы в крови;
А-клетки синтезируют глюкагон, стимулом для его секреции служит снижение уровня глюкозы в крови.
Клетки клубочковой зоны коры надпочечников:
секретируют альдостерон. Стимулирующий эффект АКТГ на секрецию альдостерона минимален. Секрецию альдостерона активируют два фактора: ангиотензин II; содержание калия и натрия в сыворотке крови.
Синтез активного витамина D3:
в почке регулируется паратиреоидным гормоном.
Мозговой слой надпочечников:
высший орган симпатического отдела периферической нервной системы, не имеет тропного гормона гипофиза.
→ Транспорт гормонов в периферической крови
Гипофизотропных гормонов гипоталамуса в периферической крови крайне малое количество.
Тропные гормоны гипофиза (ТТГ, АКТГ, ГнРГ, пролактин) циркулируют в крови в свободном состоянии. Гормон роста циркулирует в крови в связи с белком, который идентичен его рецептору. Гормоны передней гипоталамической области, накапливающиеся в задней доле гипофиза, – антидиуретический гормон, вазопрессин и окситоцин – циркулируют в крови в связанном с нейрофизином виде.
Тиреоидные гормоны тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3) циркулируют в крови в связанном с белком виде (тироксинсвязывающим глобулином) и лишь очень небольшое количество – в свободном виде, и только свободные Т3 и Т4 биологически активны.
Кортизол циркулирует в крови в связи с кортизолсвязывающим глобулином (транскортином) и лишь крайне малое количество находится в свободном, биологически активном состоянии.
Половые гормоны циркулируют в крови в связи с половым гормоносвязывающим глобулином, и лишь крайне малое количество их находится в свободном, биологически активном виде. Прогестерон циркулирует в крови в связи с транскортином.
Таблица 1
Эндокринные железы и их гормоны
→ Метаболизм гормонов
Метаболизм тиреоидных гормонов
Тиреоидные гормоны Т4 (тироксин) и Т3 (трийодтиронин) циркулируют в сыворотке крови в связи с белком: в основном с тироксинсвязывающим глобулином и в незначительном количестве с альбумином. Содержание Т4 в свободном виде в сыворотке крови составляет 0,04%, а Т3 – 0,4% их общего количества. Деградация тиреоидных гормонов происходит в периферических тканях под влиянием энзима 1,5´-дейодиназы через ряд метаболитов, конечный из которых – трийодтироацетовая кислота – выводится с желчью.
Метаболизм катехоламинов
Действие катехоламинов краткое, и диссоциация их после связи со своим рецептором происходит очень быстро. Только около 2 – 3% норадреналина и адреналина экскретируется с мочой. В основном адреналин и норадреналин метаболизируются в печени и экскрементируются с мочой в виде метаболитов.