Термин «гормон» (от греч. hormaō возбуждаю, побуждаю) был впервые предложен Э.Старлингом в 1905 г. применительно к секретину, образующемуся в клетках двенадцатиперстной кишки и воздействующему на функции поджелудочной железы.
Гормоны – вещества органической природы, которые 1) вырабатываются в специализированных клетках желез внутренней секреции, 2) поступают в кровь или лимфу и 3) взаимодействуют с клетками-мишенями, оказывая влияние на обмен веществ и физиологические функции.
Гормоны участвуют в поддержании гомеостаза внутренней среды организма, занимают промежуточное положение между нервной системой и действием ферментов, которые непосредственно регулируют скорость метаболизма. Гормоны вызывают либо быструю (срочную) ответную реакцию, повышая активность имеющихся ферментов, либо медленную реакцию, связанную с синтезом ферментов de novo.
Гормоны отличаются от других сигнальных молекул относительной стабильностью в организме, что лежит в основе их дистантного действия.
Динамика выработки гормонов
Гормоны циркулируют в крови в очень низких концентрациях (10-7-10-12 моль/л). Однако эти величины сильно варьируют. Концентрация гормонов подвержена периодическим колебаниям, цикл или ритм которых может зависеть от времени дня, месяца, времени года или менструального цикла. В качестве примера можно привести околосуточный (циркадианный) ритм кортизола. Многие гормоны поступают в кровь импульсами и нерегулярно. Поэтому концентрация гормонов может меняться эпизодически, т.е. пульсировать. Концентрация других гормонов изменяется в зависимости от внешних факторов. Выброс гормонов является ответом на внешнее воздействие или на изменение внутреннего состояния организма.
Нейро-эндокринная регуляция синтеза гормонов
Импульсы, поступающие из внешней или внутренней среды, воспринимаются специализированными рецепторами и поступают в ЦНС, а оттуда в гипоталамус, где синтезируются биологически активные гормональные вещества (рилизинг-гормоны) – либерины и статины. Гормоны гипоталамуса не поступают в общий кровоток, а через портальную систему сосудов достигают специфических клеток гипофиза и стимулируют (либерины) или ингибируют (статины) выделение тропных гормонов гипофиза. Тропные гормоны гипофиза током крови приносятся в соответствующую периферическую эндокринную железу, стимулируя выработку гормона. Это трансгипофизарный путь регуляции секреции гормона. Выделяют также парагипофизарный путь: импульсы из ЦНС активируют секрецию гормонов периферическими эндокринными железами. Характерен для секреции катехоламинов в мозговом веществе надпочечников (адреналин), гипоталамических рилизинг-гормонов, гормонов нейрогипофиза и мелатонина эпифиза.
Гормон периферической эндокринной железы оказывает действие на органы и ткани-мишени и ингибирует синтез гормонов гипоталамуса или гипофиза (длинная петля обратной связи). Гормон гипофиза также может ингибировать выработку гормона гипоталамуса (короткая петля обратной связи). Кроме того, метаболиты или субстраты влияют на секрецию гормонов. Например, увеличение концентрации глюкозы в крови вызывает высвобождение инсулина, который усиливает потребление и утилизацию глюкозы в тканях; в результате уровень глюкозы возвращается к норме, что снижает секрецию инсулина. Регуляция уровня гормонов может осуществляться и по механизму положительной обратной связи.
Ткань-мишень (орган-мишень) – это ткань (орган), в которой гормон вызывает специфическую биохимическую или физиологическую реакции за счет связывания с клетками-мишенями. Клетки-мишени содержат специальные структуры – рецепторы, настроенные на специфическое связывание с определенным гормоном. Энергия взаимодействия сигнальной молекулы с рецептором обеспечивает конформационный переход рецептора в активное состояние, сопровождающийся прямыми или опосредованными изменениями активности определенных ферментов, ионных каналов и/или транскрипционных факторов.
Как правило, чем ниже концентрация сигнальной молекулы, тем выше ее сродство к рецептору.
В клетках может быть несколько рецепторов к сигнальным молекулам. Так в гепатоцитах найдены рецепторы инсулина, глюкагона, соматотропина, вазопрессина, пролактина, эстрогенов, тестостерона, глюкокортикоидов, а также ряда цитокинов, ростовых факторов, простагландинов и др. Такая регуляция в норме обеспечивает координацию функций клетки как структурной единицы, так и ее место в многоклеточном организме. Тканевая специфичность эффектов сигнальных молекул реализуется за счет существования нескольких рецепторов для одной и той же сигнальной молекулы.
Классификация гормонов
Гормоны классифицируются в зависимости от места их природного синтеза – гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы, половых желез и др.
Гормоны могут быть классифицированы по месту синтеза и месту действия на 3 группы:
1) эндокринные гормоны (Greek endon – внутри, krinein – высвобождать) – синтезируются эндокринными железами и транспортируются кровью к клеткам-мишеням;
2) паракринные гормоны – синтезируются вблизи места их действия;
3) аутокринные гормоны – действуют на те же клетки, которые их синтезируют.
По химической структуре гормоны классифицируются на:
1) пептиды и белки, которые синтезируются в виде больших предшественников и затем подвергаются процессингу и секреции;
2) производные аминокислот (катехоламины и тироидные гормоны – производные тирозина, мелатонин – производное триптофана);
3) стероидные гормоны (кортикостероиды и половые гормоны, которые являются производными холестерина);
4) производные жирных кислот (эйкозаноиды);
5) газы (оксид азота).
По растворимости гормоны классифицируются на:
1) гидрофильные (пептиды, белки, катехоламины);
2) липофильные (стероиды и тироидные гормоны).
Для транспорта липофильных гормонов требуются белки-переносчики, гидрофильные гормоны транспортируются самостоятельно. Транспортные белки создают резерв гормонов в крови, так как в связанном виде гормоны не подвергаются метаболизму и экскреции. Биологическая активность присуща только свободной форме гормона. Пептидные и белковые гормоны не имеют специальных транспортных белков в плазме крови, и поэтому период полужизни в крови намного меньше (секунды или минуты), чем у стероидных гормонов (часы).
Растворимость определяет механизм действия гормона.
По механизму действия гормоны классифицируются на 3 группы:
1. Гормоны, не проникающие в клетку и имеющие рецепторы на поверхности мембран. Действие этих гормонов на клетку осуществляется через вторичных посредников, образующихся в клетке после связывание гормона с рецептором. К этим гормонам относятся гидрофильные гормоны – белково-пептидной природы и катехоламины.
2. Гормоны, проникающие в клетку (липофильные гормоны). Свободный гормон легко проходит сквозь плазматическую мембрану любой клетки и, попадая в клетку-мишень, связывается с рецепторами, локализованными в цитоплазме или ядре клетки. Комплекс лиганд-рецептор рассматривается как внутриклеточный посредник действия гормонов этой группы. К этой группе гормонов относят стероидные и тироидные гормоны.
3. Гормоны смешанного действия. Рецепторы расположены на поверхности клеток. После связывание гормона с рецептором, комплекс проникает внутрь клетки и оказывает эффект. К этой группе гормонов относится инсулин.
Неэндокринные клетки способны продуцировать сигнальные молекулы (чаще для паракринной регуляции):
- эйкозаноиды (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены, простациклины);
- разные семейства факторов роста (EGF – эпидермальный фактор роста, FGF – фактор роста фибробластов, PDGF – фактор роста из тромбоцитов, TGFβ – трансформирующий фактор β, NGF – фактор роста нервов);
- цитокины – регуляторы воспаления и гемопоэза (интерлейкины, интерфероны, хемокины).
Другие эндокринные железы (по А.Н,Смирнову, 2006). У рыб обнаружены дополнительные эндокринные железы: урофиз, расположенный у хвостового отдела позвоночника и секретирующий уротензин, контролирующий осморегуляцию, и тельца Станниуса, расположенные вдоль почек и секретирующие гипокальцин, регулирующий обмен кальция и водно-солевой обмен.
Высшие беспозвоночные имеют развитую эндокринную систему. У личинок насекомых она включает нейросекреторные клетки, кардиальные тела (связаны с головным ганглием нервами), прилежащие тела (связаны нервами с кардиальными телами) и проторакальные железы. Прилежащие тела секретируют ювенильные гормоны, стимулирующие рост и тормозящие линьку и метаморфоз у личинок и регулирующие гаметогенез у взрослых особей. Проторакальные железы секретируют физиологические антагонисты ювенильных гормонов – экдизоны, являющиеся инициаторами линьки и метаморфоза. Кардиальные тела служат нейрохемальным органом, т.е. местом хранения и высвобождения нейрогормонов, образующихся в головном мозге. Одним из таких гормонов является проторакотропный гормон – формальный аналог рилизинг-гормонов позвоночных.
