Эндокринная система. Гистофизиология гипоталамуса, гипофиза и эпифиза

Множество функций клеток, тканей и органов тела координированы с помощью взаимодействия нескольких типов химических мессенджеров (химических веществ):

1.         нейротрансмиттеры – секретируются аксональными терминалями нейронов в синаптические щели и действуют локально на контроль функции нейронов (характерно для нервной системы).

2.         Гормоны – биологически активные вещества, регулирующие морфогенетические и физиологические процессы в организме человека. Секретируются железами или специализированными клетками и циркулируют в крови или лимфе действуют на клетки-мишени (характерно для эндокринной системы).

3.         Нейроэндокринные гормоны – секретируются нейронами в кровоток и действуют на клетки-мишени в другой локализации в теле.

4.         Паракринные факторы – секретируются клетками во внеклеточную жидкость и действуют на соседние клетки-мишени другого типа (локальная регуляция).

5.         Аутокринные факторы – секретируются клетками во внеклеточную жидкость и действуют на функцию тех же самых клеток, которые его же и продуцируют (локальная регуляция).

6.         Цитокины – пептиды, которые секретируются клетками во внеклеточную жидкость и могут функционировать как ауто-, паракринные и эндокринные гормоны. Например, цитокины включают интерлейкины и лимфокины, которые секретируются иммунными клетками и действуют на другие клетки иммунной системы. Адипоциты продуцируют гормон лептин (адипокин).

По химической природе гормоны бывают:

а) производные аминокислот (производные тирозина – тироксин и трийодтиронин, адреналин и норадреналин).

Две группы гормонов, производные тирозина – гормоны щитовидной железы и надпочечников, формируются под действием ферментов в цитозольных участках клеток. Катехоламины (адреналин и норадреналин) до секреции находятся в везикулах и расходуются по необходимости.

б) белки и полипептиды  – гормоны передней и задней доли гипофиза, поджелудочной железы – инсулин и глюкагон, паратгормон и многие другие. Полипептидные и белковые гормоны накапливаются в секреторных везикулах

Размеры данных гормонов могут отличаться от малых пептидов с несколькими аминокислотами (тиротропин-рилизинг гормон) до белков в почти 200 аминокислот (факторы роста, пролактин).

Полипептиды с 100 и более аминокислотами называются белками и те, которые меньше 100 аминокислот относятся к пептидам. Белки и пептиды синтезируются в грЭПС. Они синтезируются в начале как крупные неактивные белки (препрогормоны) и при отщеплении специальных концевых участков становятся прогормонами. Эти прогормоны транспортируются в аппарат Гольджи для распаковки по секреторным гранулам. В этом процессе, ферменты в везикулах очищают прогормоны до малых по размеру и биологически активных гормонов и неактивных концевых пептидов. Секреция гормонов (также как и неактивных фрагментов) происходит когда секреторные везикулы достигают клеточной мембраны и выходят с помощью экзоцитоза.

Часто стимулом к экзоцитозу является повышение внутриклеточного кальция, что вызвано деполяризацией плазматической мембраны. Также стимулом является активация эндокринного рецепторов на поверхности клетки с помощью цАМФ и далее активации протеинкиназ, которые инициируют секрецию гормона. Пептидные гормоны водорастворимы, что позволяет им входить в систему циркуляции легко и транспортироваться к тканям-мишеням.

в)  стероидные (кортизол и кортикостерон, эстроген и прогестерон, тестостерон и плацентарные гормоны). Стероидные гормоны синтезируются из холестерина и не депонируются.

Молекулы холестерола распадаются внутри клеток на вакуоли и используются сразу для синтеза гормонов после индукции стимула. Большая часть холестерола поступает из плазмы крови, но также существует синтез de novo в данных клетках. По причине того, что стероиды жирорастворимы, они могут легко проникать через плазмалемму и входить в интерстициальную жидкость и затем в кровь.

г) ненасыщенные жирные кислоты (простагландины).

Гормональные рецепторы и их активация.

Первый шаг активации гормонами - это связывание со специфическими рецепторами на клетках-мишенях. Клетки, которые не имеют рецепторов к определённым гормонов не отвечают на него. Когда гормоны связываются с рецептором, это действие обычно инициирует каскад реакций в клетке, при этом на каждом этапе реакция становится более мощной, таким образом, даже малых концентраций гормона хватит для значительного и мощного эффекта.

 Рецептор к гормону состоит из крупных белков, а каждая клетка содержит примерно от 2000 до 100000 рецепторов. Также, каждый рецептор имеет высокую специфичность для определенного гормона, что определяется типом гормона, который действует в определённой ткани. Ткани-мишени, которые подвержены влиянию гормонов содержат специфические рецепторы:

Рецепторы на клетках-мишенях могут располагаться:

- в/ на плазмолемме (мембранные рецепторы к гормонам белковой природы, пептидам и катехоламинам);

 - в ядре (рецепторы к тиреоидным гормонам выявлены на ядре и считается, что они находятся в тесном взаимодействии с одной или несколькими хромосомами).

- в цитоплазме клетки (рецепторы к стероидным гормонам – первичные рецепторы для различных стероидных гормонов обнаружены в большинстве случаев в цитоплазме).

Какие процессы регулируются гормонами? Гормональная система играет ключевую роль в практически всех функциях организма, включая метаболизм, рост, развитие, водно-электролитный обмен, репродуктивную функцию и поведение.

- клеточный цикл (для низкодифференцированных клеток);

- дифференцировка и рост клеток и органов в онтогенезе и при регенерации;

- метаболические процессы в клетках;

- секреторная активность клеток, в том числе соединительной ткани;

- сокращение гладких миоцитов;

- транспортные процессы (в эпителии);

- апоптоз клеток.

Число и чувствительность гормональных рецепторов может быть регулирована.

Число рецепторов в клетках-мишенях обычно не статичны изо дня в день или даже в течении минут. Белковые рецепторы часто инактивируются или разрушаются в течении их функционирования, в другое время происходит реактивация или новая сборка рецепторов на клетке. Например, повышение концентрации гормонов или повышенное связывание с клеткой мишенью (ее рецепторами) может снизить количество активных рецепторов. Таким образом, угнетение рецепторов может происходить по причинам:

·         Инактивации некоторых рецепторных молекул;

·         Инактивации некоторых внутриклеточных сигнальных белковых молекул;

·         Временного повреждения рецепторов при действии гормона, при взаимодействии клеточных рецепторов;

·         Разрушении рецепторов лизосомами после их экспрессии;

·         Снижения продукции рецепторов.

В случае снижение рецепторной активности снижается ответ ткани-мишени гормонов.

Некоторые гормоны могут приводить к увеличению рецепторной активности и внутриклеточных сигнальных белков; таким образом, стимулирующие гормоны индуцируют значительное, чем обычно формирование взаимодействия между рецептором и клеткой-мишенью, а также значительную доступность и сродство. Когда усиление активности рецепторов происходит, ткани-мишени становятся более чувствительными к стимулирующим эффектам гормонов.

Секреция гормонов после стимула и частота действия различных гормонов.

Некоторые гормоны, такие как адреналин и норадреналин, секретируются в течение нескольких секунд после стимуляции желез и могут развивать полный ответ в течение нескольких секунд или минут; действие некоторых гормонов, таких как тироксин или гормон роста, может требовать нескольких месяцев для полного эффекта. Таким образом, каждый гормон имеет свою собственную характеристику ответа и длительность механизма действия – для выполнения своей специфической функции.

Обратная отрицательная связь предотвращает чрезмерное влияние гормонов.

Хотя концентрации в плазме многих гормонов варьируются в ответ на различные стимулы, что происходит в течение дня, все гормоны, изученные на сегодняшний день, очень четко контролируются. В большинстве случаев, этот контроль осуществляется с помощью механизма обратной отрицательной связи, который обеспечивает должный уровень гормональной активности на ткани-мишени. После влияния стимула и секреции гормона, процессы, которые происходят могут ингибировать его дальнейшее выделение. Другими словами, гормоны (один или его продукты) имеют отрицательный обратный эффект для предотвращения гиперсекреции гормона и гиперактивности ткани-мишени.

Таким образом, только когда активность ткани-мишени возрастает до определенного уровня происходит пуск обратного сигнала на эндокринную железу, что уровень достигнуть до точки концентрации гормонов, когда активность необходимо убавить. Регуляция обратной связи гормонов может происходить на всех уровнях, включая транскрипцию генов и трансляцию, что вовлечено в процесс синтеза гормонов и ведет к вовлечению в процессинг гормонов и секрецию накопленных гормонов.

Волновые выбросы гормонов могут провоцировать положительную обратную связь.

В некоторых случаях, положительная обратная связь имеет место быть, когда биологическое действие гормона приводит к дополнительной секреции гормона. Например, позитивная обратная связь демонстрируется при волновом увеличении  лютеинизирующегно гормона (ЛТ) , что происходит как результат стимулирующего эффекта эстрогена на переднюю долю гипофиза перед овуляцией. Секретированный ЛТ далее действует на яичники и стимулирует дополнительную секрецию эстрогена, который опять приводит к увеличению секреции ЛТ. В конце концов при достижении нормальной концентрации ЛТ происходит типичный ответ по принципу обратной отрицательной связи.

Циклические вариации гормональной секреции.

Чрезвычайное значение на отрицательную и положительную регуляторные связи гормональной секреции имеют периодические изменения в секреции гормональной секреции, что подвержено сезонным изменениям, различным состояниям возраста, циклическим изменениям организма и сна. Например, секреция гормона роста значительно повышается в раннем периоде сна, но снижается на поздних фазах сна. В большинстве случаев, эти циклические изменения гормональной секреции происходят по причине активности нервных проводящих путей, которые вовлечены в процесс эндокринного контроля.

Клиренс (выведение) гормонов из крови.

Два фактора могут повысить или снизить концентрации гормонов в крови.

Первый фактор -частота секреции гормонов в кровь.

Второй фактор – это частота выведения гормона из крови, которая называется метаболическим клиренсом и обычно выражается в значениях чисел мл плазмы, которая очищена от гормона за минуту.

Гормоны вычищаются из плазмы несколькими путями:

•          Метаболическое разрушение в тканях;

•          Связывание с тканями;

•          Экскреция печенью с желчью;

•          Экскреция почками с мочой.

Например, этот феномен имеет место быть при случаях, при повреждении печени, когда нарушено связывание стероидных гормонов и таким образом, нарушен их клиренс.

Гормоны иногда распадаются в своих клетках-мишенях при ферментных процессах, что приводит к эндоцитозу клеточным мембранным гормональным рецепторным комплексом; кроме того гормоны могут метаболизироваться в клетке и рецепторы обычно подвергаются переработке обратно возле клеточной мембраны.

Многие пептидные гормоны и катехоламины являются водорастворимыми и свободно циркулируют в кровотоке. Они свободно распадаются при действии ферментов к крови и тканях и быстро экскретируются почками и печенью, таким образом, остаются в кровотоке лишь короткое время. Например, период распада ангиотензина II в при циркуляции в крови менее 1 минуты.

Гормоны, связанные с плазменные белками, подвергаются клиренсу намного медленнее и могут оставаться в циркуляции на несколько часов и даже дней. Период распада стероидов надпочечников в циркуляции в диапазоне между 20-100 минутами, в то время как гормонов щитовидной железы, связанной с глобулинами может достигать 1 – 6 дней.

ГИПОТАЛАМО-ГИПОФИЗАРНАЯ СИСТЕМА

Структурно и функционально передний гипоталамус связан с нейрогипофизом.

Аксоны нейросекреторных клеток супраоптического и паравентрикулярного ядер проходят через медиальное возвышение и гипофизарную ножку в заднюю долю гипофиза, где заканчиваются на кровеносных капиллярах аксовазальными синапсами.

Связь среднего гипоталамуса с аденогипофизом непрямая – реализуется за счет особой системы кровоснабжения через медиальное возвышение.

Механизм действия тропных гормонов аденогипофиза

Гипоталамо-нейрогипофизарная система:

1) ядра переднего отдела гипоталамуса (супраоптические и паравентрикулярные) – их нейросекреторные клетки воспринимают нервные сигналы от механо-, хемо-, осмо- и тактильных рецепторов (из вегетативных ядер гипоталамуса и ядер продолговатого мозга),

2) ядра переднего отдела гипоталамуса - секретируют висцеротропные гормоны - вазопрессин и окситоцин, в области аксовазальных синапсов нейрогипофиза,

3) вазопрессин и окситоцин  с током крови доставляются к клеткам-мишеням.

Вазопрессин повышает проницаемость собирательных трубочек нефронов почек для воды и (за счет увеличения количества каналов аквапоринов в клетках) и усиливает вазоконстрикцию артериол.

Окситоцин повышает сократительную активность матки (за счет повышения концентрации внутриклеточного кальция в гладких миоцитах) и миоэпителиальных клеток молочных желез при лактации. Кроме того, оскитоцин влияет на миоэпителиоциты извитых канальцев в семенниках, способствуя транспорту сперматозоидов в просвет.