Представлены двумя различными классами биологически активных веществ: йодтиронинами и полипептидным гормоном кальцитонином. Эти классы веществ выполняют разные физиологические функции: йодтиронины регулируют состояние основного обмена, кальцитонин – один из факторов роста, влияет на состояние кальциевого обмена, участвует в процессах роста и развития костного аппарата (в тесном взаимодействии с другими гормонами).
Основные два гормона, которые вырабатывает щитовидная железа, – трийодтиронин (в его составе три молекулы йода) и тетрайодтиронин (тироксин, четыре молекулы йода). Сокращенно - Т3 и Т4. В клетках и тканях организма Т4 постепенно превращается в Т3, который является главным биологически активным гормоном, непосредственно влияющим на обмен веществ.
Образование гормонов связано со специфическим белком тиреоглобулином. Тиреоглобулин служит запасной формой тиреоидных гормонов и расположен внутри коллоида.
В приготовлении гормонов необходимы два обязательных компонента - йод и незаменимая аминокислота тирозин. Для образования одной молекулы Т4 нужны четыре молекулы йода, для Т3 - три. Без йода синтез гормонов прекращается полностью. Тирозин поступает в организм с пищей; предшественник в образовании не только гормонов щитовидной железы, но и адреналина, меланина, дофамина.
В процессе синтеза гормонов щитовидной железы выделяют четыре стадии:
1)поглощение йода щитовидной железой. Концентрация в 30-40 раз выше, чем в крови;
2)активация йода, что делает возможным его связывание с молекулой аминокислоты тирозина;
3)конденсация с образованием гормонов – тироксина и трийодтиронина и их накопление в составе тиреоглобулина в виде коллоида;
4)выделение образованных гормонов в кровь под действием ТТГ.
Гормоны очень малы по размеру и перед попаданием в кровь должны быть связаны с транспортными белками чтобы не быть «вымытыми» из организма почками. Уровень свободных гормонов 0,03% от общего количества. В тканях Т4 превращается в Т3 и биологическое действие гормонов на 90% осуществляется именно за счет Т3.
Функции:
1)стимуляция обменных процессов: усиление расщепления белков, жиров, углеводов; усиление окислительных процессов; термогенез; активация пищеварительных процессов, повышение продуктивности;
2)регуляция роста, развития, дифференцировки тканей; формирование костей; рост волосяного покрова; развитие нервной ткани и стимуляция нервных процессов;
3)усиление сердечной деятельности, повышение чувствительности сердца к влиянию симпатической нервной системы.
Симпатическая нервная система усиливает активность щитовидной железы, парасимпатическая угнетает. Физиологическая гипофункция щитовидной железы: во время сна. Физиологическая гиперфункция железы: во время беременности и лактации.
Главный стимулятор синтеза и секреции тиреоидных гормонов – тиреотропный гормон гипофиза, который, в свою очередь, находится под контролем гипоталамуса, вырабатывающего тиролиберин (ТРГ). Регуляция секреции ТРГ и ТТГ осуществляется при помощи механизма отрицательной обратной связи и тесно связана с уровнем Т4 и Т3 в крови. Если уровень тиреоидных гормонов в крови снижается, секреция ТРГ и ТТГ быстро возрастает, и концентрация тиреоидных гормонов в крови восстанавливается.
Значение кальция:
1)главная и основная функция – формировать и поддерживать здоровье зубов и костей на протяжении всей жизни. Составляет основу скелета и костной ткани, участвует в обменных процессах, нормализует водно-солевой обмен;
2)обладает противовоспалительным действием, с его помощью активизируются некоторые ферменты;
2)без него невозможно кислотно-щелочное равновесие организма;
3)необходим для укрепления иммунитета, участвует в синтезе и деятельности гормонов, ферментов, влияющих на переваривание пищи, на деятельность слюнных желез;
4)незаменим в клеточных структурах, нервных процессах, при сокращении мышц и выработке необходимых гормонов. Нервные импульсы могут нормально передаваться именно благодаря кальцию – необходим для равновесия процессов возбуждения и торможения в головном мозге;
5)от кальция зависит стабильная деятельность сердца, работа нервной системы и нормальное свёртывание крови, уменьшает проницаемость стенок кровеносных сосудов;
6)обладает противоаллергическими свойствами. В присутствии кальция уменьшается проявление аллергических реакций, облегчаются такие заболевания, как поллиноз, крапивница, бронхиальная астма, отёк Квинке и т.д.;
7)стимулирует активность гормонов и ферментов, обеспечивает нормальный сон, снижает давление, помогает организму избавляться от радионуклидов и солей тяжёлых металлов.
Регуляторы кальциевого обмена:
1)витамин Д. В продуктах растительного и животного происхождения обнаружены семь разновидностей витамина Д. Наибольшей биологической активностью обладают витамины Д3 (животного происхождения) — холекальциферол и витамин Д2 (растительного происхождения) — эргокальциферол. Под действием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280-310 мкм в коже провитамин Д (7-дегидрохолестерин) превращается в витамин D3. Одна часть поступающего после кишечного всасывания или кожного синтеза витамина Д фиксируется в жировых тканях и мышцах, представляя собой резервную форму, другая — переносится в печень. Витамины Д2 и Д3 не обладают биологической активностью. Для того, чтобы оказать действие на органы-мишени, они должны подвергнуться двум ферментативным гидроксилированиям. В печени витамин Д под действием печеночного фермента 25-гидроксилазы трансформируется в 25(ОН)-Д3 — 25-гидроксивитамин D3 (кальцидиол). В почках митохондриальный фермент 1-альфа-гидроксилаза трансформирует 25(ОН)Д3 в 1,25(ОН)2Д3 — 1,25-дигидроксивитамин Д3 (кальцитриол). Самый активный метаболит витамина Д - кальцитриол — гормон. Под действием кальцитриола в слизистой кишечника образуется кальций связывающий белок. Последний способствует всасыванию кальция в кишечнике, обеспечивая потребность организма в кальции и фосфоре;
2)паратгормон синтезируется паращитовидными железами. Регулирует кальций-фосфорный обмен. Осуществляет быструю (экстренную) регуляцию уровня кальция в крови, в то время как постоянная регуляция происходит с помощью производных витамина Д. Сигналом для повышения продукции паратгормона служит низкая концентрация ионизированного кальция в крови. Часто причиной низкого уровня кальция в крови является дефицит витамина Д. При дефиците витамина Д: кальций и фосфор не всасываются из кишечника, а проходят транзитом; в почечных канальцах снижен обратный захват кальция и фосфора — отсюда избыточная потеря кальция через почки. Под влиянием паратгормона кальций кости переходит в растворимую форму, благодаря чему уровень кальция в крови временно поддерживается на нормальном уровне. Одновременно паратгормон подавляет обратный захват (реабсорбцию) фосфатов в почечных канальцах, благодаря чему достаточно жестко регулируется соотношение Са : Р на ионном уровне. При последующем поступлении витамина Д увеличивается продукция кальцитонина, обеспечивающего возврат кальция в костную ткань и подавление секреции паратгормона. При избытке паратгормона отмечается повышенный уровень фосфатов в моче (гиперфосфатурии), снижение фосфатов в крови (гипофосфатемии), снижение минерализации костей (остеопения, остеомаляция, остеопороз);
3)кальцитонин продуцируется особой эндокринной железой, расположенной в щитовидной железе в виде С-клеток парафолликулярного аппарата. Мощный антагонист паратгормона: подавляет резорбцию кости; усиливает отложение кальция в кость, тем самым препятствует развитию остеомаляции (рахита) и остеопороза; увеличивает выведение кальция из организма с мочой, тем самым защищает организм от гиперкальциемических состояний любой этиологии, в том числе при передозировке витамина Д;
3)цитоплазматические - находятся в цитоплазме в свободном виде. С ними связывается гормон, комплекс поступает в ядро, где усиливает синтез информационной РНК и стимулирует образование белка на рибосомах;
4)ядерные - негистоновый белок, который связан с ДНК. Взаимодействие гормона и рецептора приводит к усилению синтеза белка клеткой.
Эффект гормона зависит от множества факторов - от его концентрации, от количества рецепторов, плотности их расположения, аффинности (сродства) гормона и рецептора, наличия антагонистического или потенцирующего воздействия на эти же клетки или ткани других биологически активных веществ.
Клетки пучковой зоны секретируют два основных глюкокортикоида: кортизол и кортикостерон, кортизола примерно в 10 раз больше. Регуляция секреции глюкокортикоидов осуществляется кортикотропином аденогипофиза. Уровень кортизола в крови по обратной связи угнетает секрецию кортиколиберина в гипоталамусе и кортикотропина в гипофизе. Секреция глюкокортикоидов происходит непрерывно с четкой суточной ритмикой, максимальные уровни - в утренние часы, минимальные — вечером и ночью. Поступающие в кровь гормоны транспортируются к тканям в свободной и связанной с белком (транскортин) формах.
Эффекты глюкокорткоидов:
1)противовоспалительные (стабилизация мембраны лизосом, подавление выхода протеолитических ферментов; снижение проницаемости капилляров и выхода лейкоцитов; снижение продукции антител; антигистаминовый эффект);
2)гематологические (уменьшение содержания лимфоцитов, моноцитов, эозинофилов и базофилов в крови из-за перехода в ткани при разрушении лимфоидной ткани; увеличение числа нейтрофилов из-за выхода их из костного мозга; увеличение числа эритроцитов из-за стимуляции эритропоэза);
3)антиростовые при избытке (подавление эффектов кальцитриола, митоза фибробластов, деградация коллагена вплоть до остеопороза; подавление заживления ран из-за угнетения пролиферации фибробластов и редукции соединительной ткани; подавление секреции соматотропина; мышечная атрофия и слабость; стимуляция СКФ (скорости клубочковой фильтрации); активация желудочной секреции, выделения HCl, уменьшение числа мукоцитов и продукции слизи (ульцерогенный эффект));
4)сосудистые (создание возможности вазоконстрикторного эффекта катехоламинов; поддержание нормального АД и объема крови за счет поддержания чувствительности сосудов к вазоактивным агентам; уменьшение сосудистой проницаемости);
5)адаптивные (повышение синтеза катехоламинов; участие в механизме стресса; поддержание гомеостазиса).
У человека единственный минералокортикоид, поступающий в кровь, - альдостерон. Регуляция синтеза и секреции альдостерона осуществляется преимущественно ангиотензином-II, что дало основание считать альдостерон частью РААС (ренин-ангиотензин-альдостероновой системы), обеспечивающей регуляцию водно-солевого обмена и гемодинамики. Регуляция секреции альдостерона может осуществляться и под влиянием собственной адренокортикальной ренин-ангиотензиновой системы, что объясняет частое несоответствие уровней активности ренина в плазме крови и секреции альдостерона. Поскольку альдостерон регулирует содержание в крови ионов Na+ и К+, обратная связь в регуляции его секреции реализуется прямым влиянием ионов К+ на клубочковую зону коры надпочечников. В РААС обратные связи включаются при сдвигах содержания Na+ в моче дистальных канальцев, объема и давления крови. Секреция юкстагломерулярными клетками почек в кровь фермента ренина вызывает отщепление пептида ангиотензина-1 от белка плазмы крови ангиотензиногена, образуемого в печени. В сосудистом русле почек, печени, легких, мозга ангиотензин-1 подвергается воздействию превращающего фермента, вызывающего образование из ангиотензина-1 ангиотензина-2. Ангиотензин-2 стимулирует секрецию альдостерона клубочковой зоной коры надпочечников. Механизм действия альдостерона - в прямом влиянии на генетический аппарат ядра клеток со стимуляцией синтеза соответствующих РНК, активации синтеза транспортирующих катионы белков и ферментов, повышении проницаемости мембран для аминокислот. Негеномные эффекты реализуются через системы вторичных посредников. Стимуляция всасывания натрия под влиянием альдостерона происходит не только в нефроне, но и в ЖКТ, протоках желез внешней секреции, желчном пузыре. Негеномные эффекты обусловлены стимуляцией мембранного антипорта Na+/H+ в клетках разных типов (гладкие мышцы матки, эпителий дистальных канальцев почек, гладкие мышцы артерий и артериол, клетки крипт кишечника). Эти эффекты обусловлены образованием вторичного посредника диацилглицерола и активацией протеинкиназы С. Повышение уровня внутриклеточного кальция в эндотелиальных и гладкомышечных клетках сосудов под влиянием альдостерона обусловлено активацией вторичного посредника ИФЗ (инозитолтрифосфат). Альдостерон вызывает в клетках и двукратное повышение уровня цАМФ, модулируя геномные эффекты стероидных гормонов. Быстрые негеномные эффекты проявляются и со стороны сердечно-сосудистой системы в виде повышения сосудистого сопротивления и артериального давления при снижении сердечного выброса, противодействия повышению в гладких мышцах сосудов уровня цАМФ и увеличения чувствительности к прессорным эффектам катехоламинов и ангиотензина-II (циркуляторный гормон стресса). Альдостерон поддерживает оптимальный водно-солевой обмен между внешней и внутренней средой организма. Один из главных органов-мишеней - почки, где альдостерон вызывает усиленную реабсорбцию натрия в дистальных канальцах с его задержкой в организме и повышение экскреции калия с мочой. Происходит задержка в организме хлоридов и воды, усиленное выведение Н-ионов и аммония, увеличивается объем циркулирующей крови, формируется сдвиг кислотно-основного состояния в сторону алкалоза. Действуя на клетки сосудов и тканей, способствует транспорту натрия и воды во внутриклеточное пространство. Геномный механизм: проникновение молекулы гормона через мембрану внутрь клетки, связывание с цитоплазматическим рецептором, транспорт в ядро, связывание с ядерным рецептором, активация синтеза белков (Na-транспортирующего белка-переносчика) и Na+-К+-антипорта через люминальную (апикальную) мембрану. Внегеномный механизм: связывание молекулы гормона с мембранным рецептором, образование вторичных посредников (ИФЗ), фосфорилирование и активация Nа+-протонного антипорта через люминальную мембрану. Минералокортикоиды усиливают воспаление и реакции иммунной системы; избыточная продукция - задержка в организме натрия и воды, отеки и повышение АД, потеря калия и водородных ионов, вследствие чего возникают нарушения возбудимости нервной системы и миокарда. Недостаток – уменьшение объема крови, гиперкалиемия, гипотензия, угнетение возбудимости нервной системы.
Мозговое вещество надпочечников содержит хромаффинные клетки, названные так из-за избирательной окраски хромом. По происхождению и функции – постганглионарные нейроны симпатической нервной системы, но в отличие от типичных нейронов, клетки надпочечников:
1)синтезируют больше адреналина, а не норадреналина (отношение у человека между ними 6:1);
2)накапливая секрет в гранулах, после поступления нервного стимула немедленно выбрасывают гормоны в кровь.
Регуляция секреции гормонов мозгового вещества надпочечников осуществляется благодаря наличию гипоталамо-симпатоадреналовой оси, при этом симпатические нервы стимулируют хромаффинные клетки через холинорецепторы, выделяя медиатор ацетилхолин. Хромаффинные клетки являются частью общей системы нейроэндокринных клеток организма (APUD-системы) - системы поглощения и декарбоксилирования аминов и их предшественников. К этой системе относятся нейросекреторные клетки гипоталамуса, клетки ЖКТ (энтериноциты), продуцирующие кишечные гормоны, клетки островков Лангерганса поджелудочной железы и К-клетки щитовидной железы.
Гормоны мозгового вещества — катехоламины — образуются из аминокислоты тирозина поэтапно: тирозин—ДОФА—дофамин-норадреналин— адреналин. Хотя надпочечник и секретирует значительно больше адреналина, в состоянии покоя в крови содержится в четыре раза больше норадреналина, так как он поступает в кровь и из симпатических окончаний. Секреция катехоламинов в кровь хромаффинными клетками осуществляется с обязательным участием Са2+, кальмодулина и особого белка синексина, обеспечивающего агрегацию отдельных гранул и их связь с фосфолипидами мембраны клетки.
Катехоламины - гормоны срочного приспособления к действию сверхпороговых раздражителей среды. Физиологические эффекты обусловлены различиями в адренорецепторах (альфа и бета) клеточных мембран, при этом адреналин обладает большим сродством к бета-адренорецепторам, норадреналин — к альфа-. Чувствительность адренорецепторов к адреналину увеличивают гормоны щитовидной железы и глюкокортикоиды.
Основные функциональные эффекты адреналина проявляются в виде:
1)учащения и усиления сердечных сокращений;
2)сужения сосудов кожи и органов брюшной полости;
3)повышения теплообразования в тканях;
4)ослабления сокращений желудка и кишечника;
5)расслабления бронхиальной мускулатуры;
6)стимуляции секреции ренина почкой;
7)уменьшения образования мочи;
8)повышения возбудимости нервной системы, скорости рефлекторных процессов и эффективности приспособительных реакций.
Адреналин вызывает мощные метаболические эффекты в виде усиленного расщепления гликогена в печени и мышцах из-за активации фосфорилазы, подавление синтеза гликогена, угнетение потребления глюкозы тканями, что в целом ведет к гипергликемии. Вызывает активацию распада жира, мобилизацию в кровь жирных кислот и их окисление. Все эти эффекты противоположны действию инсулина, поэтому адреналин – контринсулярный гормон. Усиливает окислительные процессы в тканях и повышает потребление ими кислорода. Катехоламины обеспечивают активацию приспособительных защитных реакций организма и их энергоснабжение, повышая устойчивость организма к неблагоприятным влияниям среды.
Регуляция процессинга гормонов в мозговом слое надпочечников осуществляется нервной системой. При раздражении брюшных симпатических нервов усиливается, а при их пересечении - уменьшается выделение адреналина и норадреналина надпочечниками. Синтез и секреция катехоламинов связаны с деполяризацией мембраны и увеличением количества Са2 + в клетке. Этот механизм необходим для выделения адреналина и норадреналина путем экзоцитоза. Секреция гормонов мозгового слоя контролируется гипоталамусом, особенно задней группой ядер. На секрецию адреналина влияет также кора большого мозга. Об этом свидетельствуют опыты с выработкой условных рефлексов выделения адреналина в сосудистое русло. Выделение надпочечниками адреналина усиливается при эмоциональном возбуждении (страх, гнев, боль и т.д.), мышечной работе, переохлаждении и др., снижением уровня глюкозы в крови (гипогликемией), благодаря чему содержание глюкозы повышается.