Понятие о гормонах. Основные принципы регуляции обмена веществ

Глава 16. ГОРМОНЫ, НЕРВНО-ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

Понятие о гормонах. Основные принципы регуляции обмена веществ

Одной из уникальных особенностей живых организмов является их слособносгь сохранять постоянство гомеостаза (постоянство многих свойств организма при постоянных условиях среды) при помощи меха­низмов саморегуляции, в координации которых одно из главных мест принадлежит гормонам. Гормоны - это биологически активные вещест­ва органической природы, вырабатывающиеся в клетках желез внутрен­ней секреции и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ.

В результате действия механизмов саморегуляции, а именно нервно-гормональных механизмов, в живой клетке достигается согласо­вание скоростей всех химических реакций и физико-химических процес­сов друг с другом, обеспечивается координация функций всех органов и адекватная реакция организма на изменения внешней среды. В регуляции процессов обмена веществ гормоны занимают промежуточное положение между нервной системой и действием ферментов, т.е. регуля­ция обмена веществ реализуется путем изменения скорости фермента­тивных реакций. Гормоны вызывают либо очень быструю реакцию, либо наоборот медленную реакцию, связанную с синтезом необходимого фер­мента заново. Таким образом, нарушения синтеза и распада гормонов, обусловленные, например, заболеваниями эндокринных желез, приводят к изменению нормального синтеза ферментов и, следовательно, к нару­шению обмена веществ и энергии.

В механизмах саморегуляции можно выделить три уровня.

Первый уровень - внутриклеточные механизмы регуляции. Сиг­налами для изменения состояния клетки служат различные метаболиты. Они могут:

- изменять активность ферментов путем их ингибирования или активации;

- изменять количество ферментов путем регулирования их син­теза и распада;

- изменять скорость трансмембранного перекоса веществ. Межорганная координация этого уровня регуляции обеспечивается пере­дачей сигналов двумя путями: через кровь с помощью гормонов (эндокринная система) и через нервную систему.

Второй уровень регуляции - эндокринная система. Гормоны ос­вобождаются в кровь на специфический стимул, которым может быть нервный импульс или изменение концентрации какого-то метаболита в крови, протекающей через эндокринную железу (например, снижение концентрации глюкозы). Гормон транспортируется с кровью и, достигая клеток мишеней, модифицирует в них обмен веществ через внутрикле­точные механизмы. При этом происходит изменение обмена веществ и устраняется стимул, вызвавший освобождение гормона. Выполнивший свою функцию гормон разрушается специальными ферментами.

Третий уровень регуляции - нервная система с рецепторами сиг­налов как внешней среды, так и внутренней. Сигналы трансформируются в нервный импульс, который в синапсе с клеткой-эффектором вызывает освобождение медиатора - химического сигнала. Медиатор через внутри­клеточные механизмы регуляции вызывает изменение обмена веществ. Клетками-эффекторами могут быть и эндокринные клетки, отвечающие на нервный импульс синтезом и выделением гормонов.

Все три уровня регуляции тесно взаимосвязаны и действуют как единая нервно-гормональная или нейро-гуморальная система регуляции (рис. 43).

Поток информации о состоянии внешней и внутренней среды организма поступает в нервную систему, где перерабатывается, а в ответ посылаются регуляторные сигналы к периферическим органам и тканям. Под прямым контролем нервной системы находятся мозговое вещество надпочечников и гипоталамус. Нервные импульсы, поступающие от раз­личных отделов головного мозга, влияют на секрецию клетками гипота­ламуса нейропептидов - либеринов и статинов, регулирующих выделение тропных гормонов гипофиза. Либерины стимулируют синтез и выделение тройных гормонов, а статины - ингибируют. Тройные гормоны гипофиза влияют на секрецию гормонов в периферических железах. Образование и секреция гормонов периферическими железами происходит непрерывно. Это необходимо для поддержания нужного уровня их в крови, так как они быстро инактивируются и выделяются из организма.

Рис. 43. Схема нервно-гормональной регуляции (сплошные стрелки означают син­тез гормонов, а пунктирные - влияние гормона на органы-мишени)

 

Концентрация гор­монов в крови невелика: порядка 10^-6 – 10 - ¹¹ моль/л. Время полужизни, в основ­ном, несколько минут, для некоторых - десятки минут, очень редко - часы. Тре­буемый уровень гормона в крови поддерживается за счет механизма саморегуля­ции по принципу «плюс-минус» межгормональных взаимоотошений. Тропные гормоны стимулируют обра­зование и секрецию гормо­нов периферическими желе­зами (знак "+"), а последние по механизму отрицатель­ной обратной связи угнета­ют (знак "-") образование тропных гормонов, действуя через клетки гипофиза (ко­роткая обратная связь) или нейро-секреторные клетки гипоталамуса (длинная обратная связь), рис.44. В последнем случае угнетается секре­ция либеринов в гипоталамусе.

Кроме того существует метаболитно-гормональная обратная связь: гормон, действуя на обмен веществ в тканях, вызывает изменение содержания в крови какого-либо метаболита, а тот по механизму обрат­ной связи влияет на секрецию гормонов в периферических железах или непосредственно (внутриклеточный механизм), или через гипофиз и ги­поталамус (см. рис. 44). Такими метаболитами являются глюкоза (инди­катор состояния углеводного обмена), аминокислоты (индикатор состоя­ния белкового обмена), нуклеотиды и нуклеозиды (индикаторы состояния нуклеинового и белкового обмена), жирные кислоты, холестерин (инди­каторы состояния липидного обмена); Н₂О, Са²⁺, Na+, К⁺, СI¯ и некоторые другие ионы (индикаторы состояния водно-солевого баланса).

Классификация гормонов

Гормонам присущи следующие общие биологические признаки:

1) дисгантность действия, то есть они регулируют обмен и функ­ции зффекторных клеток на расстоянии;

2) строгая специфичность биологического действия, то есть один гормон нельзя целиком заменить другим;

3) высокая биологическая активность - достаточно очень малых количеств, порой десятка микрограмм, чтобы сохранить жизнь организма.

Гормоны классифицируются по:

1) химической природе;

2) механизму передачи сигнала в клетку - мишень;

3) биологическим функциям.

Все типы классификации несовершенны и носят несколько ус­ловный характер, особенно классификация по функциям, так как многие гормоны полифункциональны.

По химическому строению гормоны делят следующим обра­зом:

1) белково-пептидные (гормоны гипоталамуса, гипофиза, подже­лудочной и паращитовидной желез, кальциотонин щитовидной железы);

2) производные аминокислот (адреналин - производное фениланина и тирозина);

3) стероиды (половые гормоны - андрогены, эстрогены и гестагены, кортикостероиды).

По биологическим функциям гормоны делят на следующие группы:

1) регулирующие обмен углеводов, жиров, аминокислот - инсу­лин, глюкагон, адреналин, глюкокортикостероиды (кортизол);

2) регулирующие водно-солевой обмен - минераллокортикостероиды (альдостерон), антидиуретический гормон (вазопрессин);

3) регулирующие обмен кальция и фосфатов - паратгормон, кальцитонин, кальцитриол;

4)регулирующие обмен веществ, связанный с репродуктивной функцией (половые гормоны) - эстрадиол, прогестерон, тестостерон.

5) регулирующие функции эндокринных желез (тройные гормо­ны) - кортикотропин, тиротропин, гонадотропин.

Вэту классификацию не включены соматотропин, тироксин и некоторые другие гормоны, которые оказывают полифункциональное действие.

Кроме того, помимо гормонов, выделяющихся в кровь и дейст­вующих на органы, удаленные от места синтеза гормона, существуют еще гормоны местного действия, регулирующие обмен веществ в тех органах, где они образуются. К ним относят гормоны желудочно-кишечного трак­та, гормоны тучных клеток соединительной ткани (гепарин, гистамин), гормоны, выделяемые клетками почек, семенных пузырьков и других ор­ганов (простагландины) и т. д.