Материал: Левкина Е.В. Конспект лекций по Физиологии человека

7.1 Общая характеристика эндокринной системы

Центральная нервная система (ЦНС) управляет деятельностью различных органов и систем орга­низма с помощью нейрогуморальной регуляции. В систему гу­моральной регуляции различных функций организма входят специальные железы, выделяющие свои активные вещества (гормоны) непосредственно в кровь. Это железы внут­ренней секреции, получившие такое название именно потому, что они не имеют специальных выводных протоков для своего гормонального секрета.

Гуморальная регуляция осуществляется двумя способами:

1) эндокринными железами (греч. эндо — внутрь, крино — выделять), гормональные продукты которых поступают непосредственно в кровь и действуют на уда­ленные от них органы и ткани, а также системой эндокринных клеток других органов (пищеварительных, дыхательных, мочевых т.д.);

2) системой местной саморегуляции, т. е. действи­ем на соседние клетки (в пределах одного органа или ткани) биологи­чески активных веществ (тканевых гормонов — гистамина, серотонина, кининов, простагландинов) и продуктов клеточного метабо­лизма (например, появление при физических нагрузках молочной кислоты в мышцах ведет к расширению в них кровеносных сосудов и увеличению доставки кислорода).

К эндокринным железам относят следующие образования (рисунок 7.1):

1. эпифиз (верхний придаток мозга), или шишковидная железа;

2. гипофиз (нижний придаток мозга);

3. вилочковая железа (тимус, или зобная же­леза);

4. щитовидная (тиреоидная) железа;

5. околощитовидные (паратиреоидные), или паращитовидные железы;

6. поджелудочная железа (панкреас), или панкреатическая железа (ее хвостовая часть, в которой находятся островки Лангерганса);

7. надпочечни­ки;

8. половые железы, или гонады (их внутрисекреторная часть).

Гормоны выделяются также эндокриноцитами некоторых органов (почки, сердце, плацента, пищеварительный тракт).

Рисунок 7.1 – Расположение желез внутренней секреции

Методами изучения желез внутренней секреции являются тради­ционные методы их удаления или частичного разрушения у человека при заболева­ниях или у животных в эксперименте (экстирпация), введение определенного гор­мона в организм (заместительная терапия), а также наблюдения в клинике за больными с пато­логией эндокринной системы. В современных условиях концентра­цию гормонов в железах, крови или моче изучают биохимическими методами, используют ультразвуковое исследование, применяют радиоиммунологический метод.

Общими свойствами желез внутренней секреции являются:

1) отсутствие внешних протоков в отличие от желез внешней секреции, имеющих такие протоки (например, сальных, молочных, слюнных и др.); продуцируемые эндокринными железами гормоны всасываются непосредственно в кровь, проходящую через железу;

2) сравнительно небольшие размеры и масса;

3) большой физиологический эффект гормонов в весьма малых концент­рациях (например, всего 1г адреналина может активизировать 100 млн. лягушачьих сердец);

4) избирательность действия гормонов па определенные ткани и клетки-мишени, имеющие специальные рецепторы на поверхности клеточной мембраны или в плазме, с которыми связываются гормоны;

5) специфичность вызываемых ими функциональных эффектов;

6) быстрое разрушение гормонов (например, период полураспада в крови адреналина и норадреналина составляет примерно 0,5-2,5 мин, большей части гормонов гипофиза —10-15 мин).

Эндокринные железы должны постоянно вырабатывать гормо­ны, чтобы, несмотря на быстрое разрушение, поддерживать необхо­димую их концентрацию в крови. Сохранение нормального уровня каждого гормона и их соотношений в организме регулируется особы­ми нервными и гуморальными механизмами отрицательной обратной связи и имеет важнейшее гомеостатическое значение. При избытке в крови какого-либо гормона или образуемых под его воздействием веществ секреция этого гормона соответствую­щей железой снижается, а при недостатке — увеличивается. Наруше­ния деятельности эндокринных желез могут проявляться в их чрез­мерной активности — гиперфункции или ослаблении актив­ности— гипофункции. В обоих случаях это приводит к снижению работоспо­собности, различным заболеваниям организма и даже смерти.

Гормонами называют особые химические вещества, выделяе­мые эндокриноцитами и обладающие дистантным действием, с помощью которых осуществляется гумо­ральная регуляция функций различных органов и тканей организма.

По химической структуре выделяют 3 группы гормонов:

1) стероидные гормоны — половые гормоны и кортикостероидные гормоны надпочечников;

2) производные аминокислот — гормоны мозгового вещества над­почечников (адреналин, норадреналин), щитовидной железы;

3) пептидные гормоны—гормоны гипофиза, поджелудочной же­лезы, околощитовидных желез, а также гипоталамические нейропептиды.

Функции гормонов заключаются в изменении обмена веществ в тканях, активации генетичес­кого аппарата, который регулирует рост и формообразование различных органов тела, запуске различных функций (например, выделение из печени глюкозы в кровь при работе), изменении активнос­ти различных органов (например, изменения частоты сердцебиений при эмоциональных состояниях организма).

Механизм влияния гормонов на клеточную активность зависит от их способности связываться с рецепторами клеток-мише­ней. Влияние пептидных гормонов и производных аминокислот осу­ществляется путем их связывания со специфическими рецепторами на поверхности клеточных мембран, что вызывает цепную реакцию биохимических преобразований в клетках. Стероидные гормоны и гормоны щитовидной железы, обладающие способностью прони­кать через клеточную мембрану, образуют в цитоплазме комплекс со специфическими рецепторами. Он проникает в клеточное ядро и запускает процессы образования ферментов и видоспецифичных белков, а также усиливает энергообразование в митохондриях, транспорт глюкозы и аминокислот, а также вызывает другие измене­ния в жизнедеятельности клеток.

В клетках-мишенях имеются механизмы для саморегуляции соб­ственных реакций на гормональные воздействия. При избытке мо­лекул гормона уменьшается число свободных рецепторов клетки для их связывания, и тем самым снижается чувствительность клет­ки к действию гормона. При недостатке гормонов увеличивается число свободных рецепторов, что повышает клеточную восприимчи­вость.

Почти для всех гормонов выявлены отчетливые суточные колебания их содержания в крови. Обычно происходит увеличение их концентрации в дневное время и уменьшение в ночное время. В этой периодике имеются специфические особенности — так, максимальное содержание гормона роста в крови наблюдается поздним вечером, в начальные стадии сна, а гормонов надпочечни­ков глюкокортикоидов — по утрам.

7.2 Функции эндокринных желез

Деятельность эндокринных желез контро­лируется многочисленными прямыми и обратными связями в организме. Глав­ным регулятором их функций является гипоталамус, непосредствен­но связанный с центральной эндокринной железой — гипофизом, влия­ния которого распространяются на другие периферические железы.

7.2.1 Функции гипофиза

Гипофиз состоит из трех долей:

1) передняя доля, или аденогипофиз,

2) промежуточная доля;

3) задняя доля, или нейрогипофиз.

В аденогипофизе главную секреторную функцию выпол­няют 5 групп клеток, которые вырабатывают 5 специфических гор­монов. Среди них выделяют тропные гормоны, регулирующие функции периферических желез, и эффекторные гормоны, непосредственно действующие на клетки-мишени. К тропным гормонам относят следующие: кортикотропин, или адренокортикотропный гормон (АКТГ), регулиру­ющий функции коркового слоя надпочечников; тиреотропный гормон (ТТГ), активизирующий щитовидную железу; гонадотропный гормон (ГТГ), влияющий на функции половых желез.

Эффекторными гормонами являются соматотропный гормон (СТГ), или соматотропин, определяющий рост тела, и пролактин, контролирующий деятельность молочных желез.

Выделение гормонов передней долей гипофиза регулируется веще­ствами, которые образуются нейросекреторными клетками гипоталамуса — гипоталамическими нейропептидами (стимулирующими секрецию — либеринами и тормозящими ее — статинами). Эти регулирующие вещества доставляются потоком крови из гипотала­муса в переднюю долю гипофиза, где и оказывают влияние на секре­цию гормонов клетками гипофиза.

Соматоропин это видоспецифичный белок, определяющий рост тела (главным образом увеличивающий рост костей в длину). Работы по генной инженерии с внедрением крысиного соматотропина в генетический аппарат мышей позволили получить «супермышей» вдвое большего роста. При этом современные исследова­ния показали, что соматотропин организмов одного вида может увеличивать рост тела у видов, стоящих на более низких ступенях эво­люционного развития, но не эффективен для более высокоразвитых организмов. В настоящее время найдено вещество-посредник, которое пере­дает влияния СТГ на клетки-мишени, — соматомедин. Он вырабатывается клетками печени и костной ткани. Соматотропин обеспечивает синтез белка в клетках, накопление РНК, усиливает транспорт из крови аминокислот в клетки, способствует усвоению азота, создавая положительный азотистый баланс в организме, помо­гает утилизации жиров. Выделение соматотропного гормона увели­чивается во время сна, при физических нагрузках, травмах, некото­рых инфекциях. В гипофизе взрослого человека его содержание со­ставляет около 4-15 мг, у женщин среднее его количество несколько выше. Особенно увеличивается концентрация СТГ в крови у подро­стков в период полового созревания. При голодании его концентра­ция возрастает в 10-15 раз.

Повышенное выделение соматотропина в раннем возрасте приво­дит к резкому увеличению длины тела (до 240-250 см) — гигантизму, а его недостаток — к задержке роста — нанизму (карликовости). Гипофизарные гиганты и карлики имеют пропорциональное телосложение, но у них наблюдаются изменения некоторых функций организма. В ча­стности, происходит снижение внутрисекреторных функций гонад. Из­быток соматотропина у взрослых (после окончания роста тела) приводит к разрастанию еще не окостеневших окончательно частей скелета — удлинению пальцев рук и ног, кистей и стоп, уродливому росту носа, подбородка, а также к увеличению внутренних органов. Такое заболевание называется акромегалией.

Пролактин регулирует рост молочных желез, синтез и секре­цию молока (выведение молока обеспечивает другой гормон — окситоцин), стимулирует инстинкт материнства, а также влияет на водно-солевой обмен в организме, эритропоэз, вызывает послеродовое ожирение и оказывает другие физиологические эффекты. Его выделение рефлекторно активизиру­ется актом сосания. В связи с тем, что пролактин поддерживает суще­ствование желтого тела и выработку им гормона прогестерона, он по­лучил также название лютеотропного гормона.

Кортикотропин (адренокортикотропный гормон — АКТГ) является крупным белком, при образовании которого выделяются в качестве побочных продуктов меланотропин (влияющий на образо­вание пигмента меланина) и важный пептид — эндорфин, обеспечи­вающий обезболивающие эффекты в организме. Основное влияние кортикотропин оказывает на функции коркового слоя надпочечников, особенно на образование глюкокортикоидов. Также он вызывает расщепление жиров в жировой ткани, увеличивает секре­цию инсулина и соматотропина. Стимулируют выделение кортикотропина различные стрессовые раздражители — сильная боль, холод, значительные физические нагрузки, психоэмоциональное напряже­ние. Способствуя усилению белкового, жирового и углеводного об­менов в стрессовых ситуациях, он обеспечивает повышение сопро­тивляемости организма действию неблагоприятных факторов среды, поэтому является адаптивным гормоном.

Тиреотропин (тиреотропный гормон — ТТГ) увеличивает массу щитовидной железы, число активных клеток, способствует захвату йода, что в целом усиливает секрецию ее гормонов. В резуль­тате нарастает интенсивность всех видов обмена веществ, повышает­ся температура тела. Образование ТТГ увеличивается при пониже­нии температуры внешней среды и уменьшается травмами, болевыми ощущениями. Секреция ТТГ может вызываться условнорефлек­торным путем — по сигналам, предшествующим охлаждению, т. е. контролируется корой больших полушарий. Этот факт важен в закаливании, тренировке к пониженным тем­пературам.

Гонадотропные гормоны (ГТГ) — фоллитропин и лютропин (их иначе еще называют фолликулостимулирующим и лютеинизирующим гормонами) — синтезируются и секретируются од­ними и теми же клетками гипофиза, они одинаковы у мужчин и жен­щин и по своему действию являются синергистами. Эти молекулы химически защищены от разрушения в печени. ГТГ стимулируют образование и секрецию половых гормонов, а также функции яич­ников и семенников. Содержание ГТГ в крови зависит от концентра­ции в крови мужских и женских половых гормонов, от рефлектор­ных влияний при половом акте, от различных факторов внешней среды, от уровня нервно-психических расстройств.

Задняя доля гипофиза секретирует гормоны вазопрессин и окситоцин, которые образуются в клетках гипоталамуса, затем по нервным волокнам поступают в нейрогипофиз, где накапливаются и затем вы­деляются в кровь.

Вазопрессин оказывает двоякий физиологический эффект в организме: вы­зывает сужение кровеносных сосудов и повышение артериального давления; увеличивает обратное всасывание воды в почечных канальцах, что вызывает повышение концентра­ции и уменьшение объема мочи, т. е. он действует в качестве антидиуретического гормона (АДГ). Его секреция в кровь стимулируется из­менениями водно-солевого обмена, физическими нагрузками, эмо­циональными стрессами. При употреблении алкоголя угнетается секреция вазопрессина (АДГ), увеличивается выведение мочи и воз­никает обезвоживание организма. В случае резкого падения выра­ботки этого гормона возникает несахарный диабет (несахарное мочеизнурение), проявляющийся в патологической потере воды организмом.

Окситоцин стимулирует сокращения матки при родах, выде­ление молока молочными железами. Его секрецию усиливают им­пульсы от механорецепторов матки при ее растяжении, а также влия­ния женского полового гормона эстрогена.

Промежуточная доля гипофиза почти не развита у человека, име­ется лишь небольшая группа клеток, секретирующих меланотропный гормон, вызывающий образование меланина — пигмента кожи и волос. В основном эту функцию у человека обеспечивает кортикотропин передней доли гипофиза.

7.2.2 Функции надпочечников

Надпочечники располагаются над верхними полюсами почек и состоят из двух различающихся по своим функциям частей— коры надпочечни­ков, близкой по происхождению к половым железам, и мозгово­го вещества, которое формируется из симпатических клеток.

В коре вырабатывается группа гормонов кортикоидов, или кортикостероидов. Кортикоиды – это жиз­ненно необходимые для организма гормоны. Их отсутствие при­водит к смерти.

Кора надпочечников состоит из следующих трех слоев:

1. клубочковая (наружная) зона, секретирующая гормоны минералкортикоиды (в основном — альдостерон);

2. пучковая (средняя) зона, секретирующая глюкокортикоиды (преимущественно кортизол или гидрокортизол);

3. сетчатая (внутренняя) зона, секретирующая небольшое количество половых гормонов (андрогенов и эстрогенов).

У человека минералокортикоиды представлены основным гормоном — альдостероном. Он имеет важное значение для регуляции минерального обмена в организме. Он способ­ствует поддержанию на постоянном уровне натрия и калия в крови, лимфе и межтканевой жидкости, увеличивая при необходимости об­ратное всасывание натрия в почках и выход калия в мочу. Сохране­ние натрия в плазме крови приводит к задержке воды в организме и повышению артериального давления. От правильного соотношения натрия и калия в жидких средах зависят процессы возникновения и проведения возбуждения в нервной и мышечной тканях, т. е. все процессы восприятия, переработки информации и управления пове­дением организма. Нарушение секреции альдостерона может при­вести к гибели организма. Образование альдостерона регулируется не только содержанием Na и К в крови, но и содержанием ренина, выделяемого эндокринной тканью почек при ухудшении в них кровотока.

Глюкокортикоиды главным образом обеспечивают синтез, глюкозы (глюконеогенез), образование запасов гликогена в печени и мышцах, увеличение концентрации глюкозы в крови (мобилиза­ция из печени). При этом они выполняют особую роль в белковом обмене. Они угнетают синтез белков в печени и мышцах, потому что создают отрицательный азотистый баланс, увеличивают выход свободных аминокислот, их переаминирование и стимулируют образование из них ферментов, которые необходимы для новообразования глюконеогенеза. Этим вызывается мобилизация жиров из жировой ткани, и глюкокорти­коиды создают необходимые жировые и углеводные энергоресурсы для активной деятельности организма. Повышению работоспособ­ности способствует также увеличение этими гормонами восприим­чивости тканей к адреналину и норадреналину, повышение иммуни­тета и снижение аллергических реакций, улучшение процессов пере­работки информации в сенсорных системах и ЦНС. Все указанные эффекты глюкокортикоидов (кортизола) обеспечивают повышение резистентности организма к действию неблагоприятных факторов среды, стрессовым ситуациям. Именно поэтому их называют адаптивны­ми гормонами.

Избыточное содержание кортизола в организме приводит к развитию ожи­рения, гипергликемии, вызывает распад белков, отеки, повышение артери­ального давления. При дефиците кортизола развивается брон­зовая, или аддисонова, болезнь. Она сопровождается бронзовой окраской кожи в области спины, шеи, лица, ослаблением деятельности сердца и скелетной мускулатуры, повышенной утомляемостью, снижением устойчивости к инфекционным заболеваниям.

Половые гормоны надпочечников — это преимущественно андрогены (мужские половые гормоны) и эстрогены (женские половые гормоны). Они наиболее активны на ранних этапах онтогенеза (до полового созревания) и в пожилом возрасте (после снижения активности половых желез). Они ускоряют поло­вое созревание мальчиков, формируют половое поведение у жен­щин. Андрогены вызывают анаболические эффекты, повышая син­тез белков в коже, мышечной и костной ткани. Также они способствуют разви­тию вторичных половых признаков по мужскому типу: характерное оволосение у мальчиков и избыточное оволосение — вирилизацию — у девушек.

Мозговой слой надпочечников содержит хромаффинные клетки - аналоги симпатических клеток. Они секрети­руют адреналин и норадреналин, которые называются катехоламинами. Катехоламины синтезируются из аминокислоты тирозина. В мозго­вом слое синтезируется примерно в 6 раз больше гормона адреналина, чем норадреналина. При этом в плазме крови норадреналина оказывается в 4 раза больше, благодаря его дополнительному поступлению из окончаний симпатических нервов. Эти гормоны различаются по способности связывать разные адренорецепторы клеток-мишеней: норадреналин имеет сродство к альфа-адренорецепторам всех сосудов, а адреналин к альфа-рецепторам сосудов большинства органов и к бета-адрено-рецепторам сосудов сердца, мышц и мозга. Этим и определяются некоторые различия их влияний.

Адреналин и норадреналин играют важную роль в адаптации орга­низма к чрезвычайным напряжениям — стрессам, т. е. они являются адаптивными гормонами.

Адреналин вызывает целый ряд эффектов, обеспечивающих деятельное состояние организма:

1. учащение и усиление сердечных сокращений, облегчение ды­хания путем расслабления бронхиальных мышц, что обеспечи­вает увеличение доставки кислорода тканям;

2. рабочее перераспределение крови — путем сужения сосудов кожи и органов брюшной полости и расширения сосудов моз­га, сердечной и скелетных мышц;

3. мобилизация энергоресурсов организма за счет увеличения выхода в кровь глюкозы из печеночных депо и жирных кислот из жировой ткани;

4. усиление в тканях окислительных реакций и повышение теп­лопродукции;

5. стимуляция анаэробного расщепления глюкозы в мышцах, т. е. повышение анаэробных возможностей организма;

6. повышение возбудимости сенсорных систем и ЦНС.