Глава 2. Железы внутренней секреции, гормоны, механизмы их действия
Чтобы понять, как функционируют эндокринные органы, и в частности щитовидная железа, необходимо кратко рассмотреть механизм действия гормонов.
Эндокринную функцию организма обеспечивают системы, в которые входят:
1) эндокринные железы, секретирующие гормоны;
2) гормоны и различные пути их транспортировки;
3) соответствующие органы или ткани-мишени, отвечающие на действие гормонов.
Эндокринная система поддерживает постоянство внутренней среды организма, необходимое для нормального течения физиологических процессов.
Железы внутренней секреции представляют собой специализированные органы, имеющие железистое строение. Различают железы только с внутренней секрецией (гипофиз, надпочечники, щитовидная железа, околощитовидные железы) и смешанные – с внутренней и внешней секрецией. Примером может служить поджелудочная железа. Ее внешняя секреция заключается в выработке пищеварительных ферментов, которые по специальному протоку поступают в двенадцатиперстную кишку, а внутренняя секреция состоит в том, что в специализированных бета-клетках панкреатических островков (Лангерганса) вырабатывается гормон инсулин, поступающий непосредственно в кровь и регулирующий уровень сахара в крови. Половые железы также осуществляют внутреннюю и внешнюю секрецию.
Название и расположение желез внутренней секреции, продуцируемые ими гормоны, химическая природа последних представлены в табл. 1.
Окончание табл. 1
Термин «гормон», в переводе с греческого означающий «возбуждаю», «побуждаю», был введен в практику Бейлиссом и Старлингом. В январе 1902 г. они провели свой знаменитый, ставший классическим опыт, который убедительно доказал участие гуморального фактора в регуляции секреторной деятельности поджелудочной железы. Бейлисс и Старлинг считали гормоном любое вещество, в норме продуцируемое клетками какой-либо части организма и переносимое кровью к отдаленным частям, на которые оно действует для блага организма в целом.
В настоящее время гормоны определяют как высокоактивные вещества, образующиеся в железах внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на функции удаленных от места их секреции органов и систем организма. Их называют также химическими посредниками, которые секретируются непосредственно в кровоток специализированными клетками, способными синтезировать и высвобождать гормоны в ответ на специфические сигналы.
По химическому строению гормоны делятся на:
1) гормоны – производные аминокислот;
2) белковые и полипептидные гормоны;
3) стероидные гормоны.
По физиологическому действию гормоны делят на пусковые и исполнители. К пусковым гормонам (активаторам деятельности других эндокринных желез) относятся нейрогормоны гипоталамуса и тропные гормоны гипофиза. Гормоны-исполнители оказывают непосредственное действие на основные функции организма.
Гормоны отличаются от других биологически активных веществ следующими свойствами:
1) очень высокой биологической активностью;
2) дистанционным характером действия;
3) строгой специфичностью.
Высокая биологическая активность гормонов характеризуется тем, что, находясь в крови в ничтожно малых количествах, они оказывают выраженное действие.
Дистанционный характер действия гормонов заключается в том, что точки приложения их действия располагаются обычно далеко от места образования гормона в эндокринной железе.
Гормоны отличаются строгой специфичностью действия. Это значит, что реакции органов, тканей и клеток на гормоны строго избирательны. Каждый гормон оказывает действие только в определенных органах и тканях, так называемых органах-мишенях (тканях-мишенях). Гормон узнает и взаимодействует со своим органом-мишенью потому, что в этих органах имеются особые соединения – рецепторы. Рецепторы – это информационные белковые молекулы, распознающие и трансформирующие гормональный сигнал в гормональное действие. К настоящему времени идентифицировано более 60 рецепторов. Для стероидов (гормонов коры надпочечников) и тиреоидных гормонов (гормонов щитовидной железы), легко проникающих через мембрану, рецепторные белки расположены внутри клетки. Рецепторы для белковых гормонов и катехоламинов, которые не могут пройти через клеточную мембрану, расположены на поверхности клетки.
Гипоталамус и гипофиз представляют собой единую систему управления периферическими эндокринными железами.
Гипоталамус – это часть мозга, обладающая свойствами нервной и эндокринной систем. В гипоталамус поступает обширный поток информации от органов чувств и внутренних органов. В состав нейросекреторных ядер гипоталамуса входят так называемые крупноклеточные и мелкоклеточные ядра. Первые выделяют гормоны окситоцин и вазопрессин, которые по нервным стволам транспортируются в заднюю долю гипофиза, накапливаются там и по мере надобности используются для регуляции деятельности почек и матки.
Иные функции выполняют мелкоклеточные ядра гипоталамуса. Они способны вырабатывать так называемые рилизинг-гормоны, или, правильнее, рилизинг-факторы (разрешающие факторы). Рилизинг-факторы по венозной системе достигают гипофиза и регулируют выделение гормонов последнего.
Регуляция деятельности гипофиза гормонами мелкоклеточных ядер гипоталамуса осуществляется по антагонистическому принципу. Одна группа факторов стимулирует выделение гормонов гипофиза (рилизинг-факторы, или либерины), а другая – тормозит (статины). Известны следующие факторы: кортиколиберин, стимулирующий секрецию адренокортикотропного гормона гипофиза; тиролиберин, усиливающий выделение тиреотропного гормона гипофиза; соматолиберин и соматостатин (первый стимулирует выделение соматотропного гормона гипофиза – гормона роста, а второй – тормозит); меланолиберин и меланоцитостатин и др.
Гипофиз является центральной эндокринной железой, в которой вырабатываются так называемые тропные гормоны, регулирующие функцию периферических желез. Это сложный эндокринный орган, расположенный в основании головного мозга – в так называемом турецком седле. Он состоит из аденогипофиза, большую часть которого составляет передняя доля железы, и нейрогипофиза, представленного его задней долей.
В передней доле (аденогипофизе) вырабатываются тропные гормоны:
• гормон роста, который регулирует процессы роста организма, синтеза белка, глюкозы и распада жира;
• кортикотропин, стимулирующий синтез глюкокортикоидов в коре надпочечников;
• тиреотропин – стимулятор синтеза тиреоидных гормонов щитовидной железы;
• гонадотропин, фолликулотропин, регулирующие синтез мужских и женских половых гормонов;
• пролактин – гормон, регулирующий лактацию.
В задней доле гипофиза (нейрогипофизе) скапливаются вазопрессин и окситоцин. Вазопрессин, или антидиуретический гормон, регулирует водный обмен и тонус сосудов. Окситоцин повышает тонус гладкой мускулатуры матки, регулирует родовой акт и выделение молока грудными железами.
Периферические эндокринные железы делятся на две группы.
Первую составляют железы, функция которых регулируется тропными гормонами аденогипофиза. Их называют аденогипофиззависимыми железами, или железами-мишенями. К ним относятся щитовидная железа, корковое вещество надпочечников, эндокринные части половых желез. Взаимоотношения между аденогипофизом и железами-мишенями основываются на принципе «обратной связи». Например, аденогипофиз выделяет в кровь тиреотропный гормон, который стимулирует выделение гормона щитовидной железы – тироксина. Поступивший в кровь тироксин угнетает выделение тиреотропного гормона гипофиза.
Вторую группу эндокринных периферических желез составляют железы, функция которых не зависит от деятельности гипофиза. Эти железы называют аденогипофизнезависимыми. Они функционируют в автономном режиме. К ним относятся околощитовидные железы, эндокринная часть поджелудочной железы, мозговое вещество надпочечников, эндокринные клетки вилочковой железы.
В тимусе (вилочковой, или зобной, железе) вырабатываются гормоны тимозины и тимопоэтины – стимуляторы иммунных процессов.
Щитовидная железа продуцирует йодсодержащие гормоны: тироксин и трийодтиронин, а также тиреокальцитонин. Тироксин и трийодтиронин регулируют основной обмен, то есть тот уровень энергозатрат, который необходим для поддержания жизнедеятельности организма в состоянии полного покоя. Тиреокальцито-нин регулирует обмен кальция и фосфора.
В околощитовидных железах вырабатывается паратгормон, который также регулирует кальциевый и фосфорный обмен. Но если тиреокальцитонин щитовидной железы понижает содержание кальция в крови, то паратгормон околощитовидных желез повышает его. Антагонистические взаимоотношения между тиреокальцитонином и паратгормоном обеспечивают содержание кальция в крови на нужном для организма уровне.
Исключительно важна роль гормонов надпочечников. Это парные органы, расположенные над верхними полюсами почек. В надпочечниках различают корковое и мозговое вещество.
Корковое вещество выделяет группу стероидных гормонов, именуемую собирательным названием кортикостероиды. Три зоны коркового вещества специализированы на выделении различных гормонов. Клетки клубочковой зоны продуцируют минералокортикоиды: дезоксикортикостерон и альдостерон, регулирующие минеральный обмен. Пучковая зона вырабатывает глюкокортикоиды: кортизол и кортикостерон, осуществляющие регуляцию обмена белков, жиров и углеводов. В сетчатой зоне синтезируются некоторые предшественники мужских половых гормонов (андрогенов).
Мозговое вещество надпочечников выделяет в кровь катехоламины – адреналин и норадреналин. Норадреналин выступает в роли не только гормона, но и медиатора нервных процессов симпатического отдела нервной системы. Катехоламины обладают выраженным сосудосуживающим действием, повышая тем самым артериальное давление. Они участвуют в регуляции углеводного и жирового обмена, играют основную роль в адаптации организма во время стресса. Адреналин выделяется в ответ на самые разнообразные раздражители: страх, волнение, боль, радость. Его образно называют аварийным гормоном, гормоном эмоций, первым медиатором стресса.
В эндокринной части поджелудочной железы (островках Лангерганса) вырабатываются инсулин, глюкагон, соматостатин. Инсулин является важнейшим регулятором углеводного, а также жирового и белкового обмена. Глюкагон – это физиологический антагонист инсулина, а также стимулятор его секреции в присутствии глюкозы. Соматостатин подавляет секрецию инсулина, глюкагона и гормона роста. Нарушение секреции инсулина и глюкагона ведет к развитию такого тяжелого и распространенного заболевания, как сахарный диабет.
Половые железы продуцируют не только гормоны, но также и половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки). В семенниках (яичках) вырабатываются мужские половые гормоны – андрогены, главным из которых является тестостерон. Андрогены способствуют развитию первичных и вторичных мужских половых признаков. В яичниках синтезируются женские половые гормоны – эстрогены, отвечающие за формирование женских первичных и вторичных половых признаков, а также прогестерон – гормон, необходимый для нормального течения беременности. Выработка гормонов и половых клеток осуществляется под контролем гонадотропных гормонов аденогипофиза.
Почки, выполняя выделительную функцию, являются также и своеобразной эндокринной железой. Клетки так называемого юкстагломерулярного аппарата почек секретируют в кровь гормон ренин, участвующий в образовании ангиотензина II – активнейшего регулятора тонуса сосудов. В почках вырабатывается также эритропоэтин – гормон, стимулирующий образование эритроцитов в костном мозге.
Установлено, что и сердце является эндокринной железой. В предсердии синтезируется натрийуретический гормон, влияющий на выделение натрия почками.
Временно функционирующим эндокринным органом является плацента («детское место»). В ней вырабатываются гормоны, способствующие нормаль ному протеканию беременности.
В центральной нервной системе образуются особые вещества – нейроэн докринные пептиды (нейрогормоны) – эндорфины, энкефалины. Их называют «эндогенными опиатами» или морфиноподобными пептидами. Эти гормоны оказывают аналгезирующее (обезболивающее) действие и воспроизводят поведенческие эффекты морфина.
Единство и взаимосвязь нервных и эндокринных механизмов очень отчетливо прослеживаются на примере функционирования гипоталамо-гипофизарной системы. В настоящее время правильнее говорить не об эндокринной, а о нейроэндокринной системе организма.
Изложив общие представления о железах внутренней секреции, перейдем к главной цели нашего повествования – щитовидной железе.