связывание гормона с рецептором приводит к активации фосфолипазы С;

фосфолипаза С катализирует расщепление мембранного фосфатидилинозитол-4,5-бифосфата на два вторичных посредника - диацилглицерол и инозитолтрифосфат (ИФ₃);

ИФ₃ усиливает поступление Са²⁺ в цитозоль и обеспечивает его регуляторные эффекты (см. раздел 4);

диацилглицерол активирует протеинкиназу С;

конечный эффект обоих посредников - фосфорилирование внутриклеточных белков и ферментов и изменение их активности.

Механизм передачи гормонального сигнала через внутриклеточные рецепторы

Передача сигнала гормонов с липофильными свойствами (стероидные гормоны) и тироксина возможна при прохождении их через плазматическую мембрану клеток-мишеней. Рецепторы гормонов находятся в цитозоле или ядре. Ядерные и цитозольные рецепторы содержат ДНК - связывающий домен.

Последовательность событий, приводящих к активации транскрипции:

· проникновение гормона через билипидный слой мембраны в клетку;

· образуется комплекс гормон-рецептор, который перемещается в ядро клетки и взаимодействует с регуляторным участком: ДНК-энхансером или сайленсером;

· при взаимодействии с энхансером увеличивается (при взаимодействии с сайленсером уменьшается) доступность промотора для РНК-полимеразы;

· соответственно увеличивается (уменьшается) скорость транскрипции структурных генов и скорость трансляции;

· изменяется количество белков (в том числе ферментов), которые влияют на метаболизм и функциональное состояние клетки.

Эффекты гормонов, которые передают сигнал посредством внутриклеточных рецепторов, реализуются через определенный промежуток времени, так как на протекание матричных процессов (транскрипция и трансляция) требуется несколько часов.

Передача сигналов через рецепторы, сопряженные с ионными каналами

Рецепторы, сопряженные с ионными каналами, являются интегральными мембранными белками, состоящими из нескольких субъединиц. Они действуют одновременно как ионные каналы и как рецепторы, которые способны специфически связывать с внешней стороны эффектор, изменяющий их ионную проводимость. Эффекторами такого типа могут быть гормоны (например, инсулин) и нейромедиаторы (ацетилхолин и др.).

13. Особенности действия гормонов

Гормоны гипоталамуса и гипофиза

ЦНС оказывает регулирующее действие на эндокринную систему через гипоталамус. В клетках нейронов гипоталамуса синтезируются пептидные гормоны двух типов. Одни через систему гипоталамо-гипофизарных сосудов поступают в переднюю долю гипофиза, где стимулируют (либерины) или ингибируют (статины) синтез тропных гормонов гипофиза. Другие (окситоцин, вазопрессин) поступают через аксоны нервных клеток в заднюю долю гипофиза, где они хранятся и секретируются в кровь в ответ на соответствующие сигналы. В настоящее время известно 7 либеринов и 3 статина.

Таблица 13.1

Гормоны гипоталамуса и гипофиза

Либерины	Статины	Тропные гормоны гипофиза
Тиреолиберин Кортиколиберин Соматолиберин Люлиберин Фоллилиберин Пролактолиберин Меланолиберин	- - Соматостатин - - Пролактостатин Меланостатин	Тиреотропин Кортикотропин Соматотропин Лютропин Фоллитропин Пролактин Меланотропин

По химическому строению гормоны гипоталамуса являются низкомолекулярными пептидами. Они освобождают тропные гормоны гипофиза через аденилатциклазный механизм и быстро инактивируются в крови (время полужизни 2-4 мин). Синтез и секреция гормонов гипоталамуса подавляется гормонами эндокринных периферических желёз по принципу отрицательной обратной связи.

Гормоны гипофиза

В передней доле гипофиза (аденогипофизе) синтезируются тропные гормоны, стимулирующие синтез и секрецию гормонов периферических эндокринных желёз. По химическому строению гормоны гипофиза являются пептидами или гликопротеинами.

Кортикотропин (АКТГ, адренокортикотропный гормон). Полипептид из 39 аминокислотных остатков. Стимулирует синтез и секрецию гормонов коры надпочечников путем активации превращения холестерола в прегненолон. Мишенями действия АКТГ являются также клетки жировой ткани (активация липолиза) и клетки нейрогипофиза (активация образования меланотропинов).

Тиреотропин (ТТГ, тиреотропный гормон). Гликопротеид, состоящий из двух субъединиц. Стимулирует синтез и секрецию йодтиронинов (Т₃ и Т₄) в щитовидной железе:

ускоряет поглощение йода из крови;

увеличивает включение йода в тиреоглобулин;

ускоряет протеолиз тиреоглобулина, т. е. высвобождение Т₃ и Т₄ и их секрецию.

Пролактин (лактотропный гормон). Белок, состоящий из 199 аминокислотных остатков. Стимулирует развитие молочных желёз и лактацию, стимулирует секрецию желтого тела и материнский инстинкт. В жировой ткани пролактин активирует липогенез (синтез триацилглицеролов).

Фоллитропин (фоликулостимулирующий гормон) и лютропин (лютеинизирующий гормон) Образуют группу гонадотропных гормонов. Оба гормона являются гликопротеидами, состоят из двух субъединиц. Фоллитропин регулирует созревание фолликулов у женщин и сперматогенез у мужчин. Лютропин стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона, созревание фолликула, овуляцию и образование желтого тела у женщин; стимулирует образование тестостерона и рост интерстициальных клеток в семенниках у мужчин.

Соматотропин (СТГ, соматотропный гормон) - гормон роста. Пептид, состоящий из 191 аминокислотного остатка. Единственный гормон, обладающий видовой специфичностью.

Рецепторы гормона роста находятся в плазматической мембране клеток печени, жировой ткани, скелетных мышцах, хрящевой ткани, мозге, легких, поджелудочной железе, кишечнике, сердце, почках.

Основное действие соматотропина - ростстимулирующее.

1) Регуляция обмена белков и процессов, связанных с ростом и развитием организма:

стимулирование синтеза белка в костях, хрящах, мышцах и других внутренних органах;

усиление транспорта аминокислот в клетки мышц;

увеличение общего количества РНК, ДНК и общего количества клеток;

увеличение ширины и толщины костей;

ускорение роста соединительной ткани, мышц, внутренних органов.

Регуляция обмена липидов:

усиление липолиза в жировой ткани;

увеличение концентрации жирных кислот в крови;

активация в-окисления в клетках (выделяющаяся энергия используется на анаболические процессы);

увеличение содержания кетоновых тел в крови (при недостаточности инсулина).

Регуляция обмена углеводов:

увеличение содержания гликогена в мышцах;

активация глюконеогенеза в печени и повышение уровня глюкозы в крови (диабетогенный эффект).

Под влиянием различных факторов (стресс, физические упражнения, голодание, белковая пища) уровень гормона роста может возрастать даже у нерастущих взрослых людей.

Гиперсекреция соматотропина (при опухолях клеток гипофиза):

· у детей и подростков - гигантизм - пропорциональное увеличение костей, мягких тканей и органов, высокий рост;

· у взрослых - акромегалия - диспропорциональное увеличение размеров лица, черепа, кистей рук, стоп, увеличение размеров внутренних органов;

· соматотропный диабет - в крови повышается концентрация глюкозы (гипергликемия).

Гипосекреция соматотропина (при врожденном недоразвитии гипофиза) - нанизм или карликовость - пропорциональное недоразвитие всего тела, низкий рост, отклонений в развитии психической деятельности не наблюдается.

в-липотропин содержит 93 аминокислотных остатка. Он является предшественником природных опиатов эндофинов. в-липотропин оказывает липолитическое действие.

В промежуточной доле гипофиза синтезируется меланоцитстимулирующий гормон. Этот гормон стимулирует биосинтез кожного пигмента меланина.

В задней доле гипофиза накапливаются в гранулах и секретируются в кровь вазопрессин и окситоцин. Это цикличесие пептиды, состоящие из девяти аминокислотных остатков.

Вазопрессин (АДГ, антидиуретический гормон) синтезируется в супраоптическом ядре гипоталамуса. Вазопрессин контролирует осмотическое давление плазмы крови и водный баланс организма человека. Основное биологическое действие гормона заключается в повышении реабсорбции воды в дистальных канальцах и собирательных трубочках почек (антидиуретическое действие). Кроме этого вазопрессин стимулирует сокращение гладких мышечных волокон сосудов и сужение просвета сосудов, что сопровождается повышением артериального давления. При недостатке вазопрессина развивается несахарный диабет - заболевание, характеризующееся выделением 4-10 л мочи низкой плотности в сутки (полиурия) и жаждой. В отличие от сахарного диабета отсутствует глюкозурия.

Окситоцин синтезируется в паравентрикулярном ядре гипоталамуса. Биологическое действие гормона:

стимулирует сокращение гладких мышц матки (используется для стимуляции родов);

усиливает синтез белка в молочной железе и секрецию молока (за счет сокращения мышечных волокон вокруг альвеол молочных желёз).

Гормоны щитовидной железы

Основные гормоны щитовидной железы - тироксин (тетрайодтиронин, Т₄) и трийодтиронин (Т₃), которые являются йодированными производными тирозина.

Биологическое действие.

Клетки-мишени йодтиронинов имеют 2 типа рецепторов:

внутриклеточные рецепторы, связанные с ДНК. В отсутствие гормона они ингибируют экспрессию генов, с которыми они связаны. При связывании с гормоном они активируют транскрипцию;

рецепторы, расположенные в плазматической мембране клеток.

Действие физиологических концентраций йодтиронинов:

Рост:

ускорение белкового синтеза в результате активации танскрипции в клетках-мишенях;

стимуляция процессов роста (являются синергистами гормона роста) и клеточной дифференцировки;

ускорение транскрипции гена гормона роста.

Основной обмен:

повышение основного обмена и потребления кислорода клетками во всех органах кроме мозга и гонад;

повышение теплообразования при охлаждении организма за счет разобщения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования;

активация АТФ-зависимых процессов; в частности, йодтиронины стимулируют работу Na⁺, K⁺-АТФазы, на что затрачивается около 50% энергии, накапливающейся в виде АТФ в процессе тканевого дыхания.

Центральная нервная система:

йодтиронины необходимы для структурного и функционального созревания мозга;

усиление процессов возбуждения в коре больших полушарий;

при недостатке йодтиронинов развивается тяжелая необратимая задержка умственного развития.

Метаболизм:

ускорение в печени гликолиза, синтеза холестерола и желчных кислот;

мобилизация гликогена в печени;

увеличение потребления глюкозы в мышцах;

стимуляция синтеза белков и увеличение мышечной ткани;

повышение чувствительности клеток в печени, жировой и мышечной ткани к действию адреналина;

стимуляция липолиза в жировой ткани.

Гиперфункция щитовидной железы

Диффузный токсический зоб (Базедова болезнь, болезнь Грейвса) - найболее распространенное заболевание щитовидной железы. Концентрация йодтиронинов увеличивается в 2-5 раз, развивается тиреотоксикоз.

Характерные признаки заболевания:

увеличение размеров щитовидной железы (зоб);

пучеглазие (экзофтальм);

увеличение числа сердечных сокращений (тахикардия);

увеличение основного обмена, усиленный распад тканевых белков, снижение массы тела (при повышенном аппетите);

повышение температуры тела, потливость;

повышенная возбудимость, тремор, высокая утомляемость;

мышечная слабость.

Эти симптомы отражают стимуляцию высокими дозами йодтиронинов основного обмена, разобщения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, катаболизма углеводов, липидов и белков.

Гипофункция щитовидной железы

Гипотиреоз у новорожденных приводит к развитию кретинизма:

необратимая задержка умственного развития;

остановка роста;

резкое снижение скорости обменных процессов.

Гипотиреоз у взрослых сопровождается развитием микседемы:

слизистый отек кожи и подкожной клетчатки;

снижение частоты сердечных сокращений (брадикардия);

снижение основного обмена и как следствие - патологическое ожирение;

снижение теплопродукции (t° тела ниже 36°), холодная и сухая кожа; непереносимость холода;

мозговые нарушения и психические расстройства.

При недостаточном поступлении йода в организм возникает эндемический зоб (нетоксический зоб). Происходит компенсаторное увеличение размеров щитовидной железы (гиперплазия), но продукция йодтиронинов при этом не увеличивается.

Гормоны поджелудочной железы

Поджелудочная железа является железой смешанной секреции. Эндокринная часть поджелудочной железы - совокупность островков Лангерганса (1-2 % от всего объема железы). В островках различают несколько типов эндокринных клеток, синтезирующих и секретирующих в просвет капилляров инсулин (в-клетки), глюкагон (б-клетки), соматостатин и панкреатический полипептид.

Инсулин

Биологическое действие

Ткани организма по чувствительности к инсулину делятся на два типа:

инсулинзависимые - соединительная, жировая, мышцы; в меньшей степени чувствительна к инсулину ткань печени;

инсулиннезависимые - нервная ткань, эритроциты, эпителий кишечника, почечные канальцы, семенники.

Метаболические эффекты инсулина разнообразны - регуляция обмена углеводов, липидов и белков. В норме инсулин выделяется в кровь после приема пищи и ускоряет анаболические процессы: синтез белков и веществ, являющихся резервом энергии (гликоген, липиды). Это единственный гормон, снижающий концентрацию глюкозы в крови.

Влияние инсулина на углеводный обмен:

увеличивает проницаемость клеточных мембран для глюкозы;

индуцирует синтез глюкокиназы, тем самым ускоряет фосфорилирование глюкозы в клетке;

повышает активность и количество ключевых ферментов гликолиза (фосфофруктокиназы, пируваткиназы);

стимулирует синтез гликогена за счет активации гликогенсинтазы и уменьшает распад гликогена;

ингибирует глюконеогенез, подавляя синтез ключевых ферментов глюконеогенеза;

повышает активность пентозофосфатного пути.

Общий результат стимуляции этих процессов - снижение концентрации глюкозы в крови. Около 50% глюкозы используется в процессе гликолиза, 30-40 % превращается в липиды и около 10 % накапливается в форме гликогена.

Влияние инсулина на метаболизм липидов:

ингибирует липолиз (распад триацилглицеролов) в жировой ткани и печени;

стимулирует синтез триацилглицеролов в жировой ткани;

активирует синтез жирных кислот;

в печени ингибирует синтез кетоновых тел.

Влияние инсулина на метаболизм белков:

стимулирует транспорт аминокислот в клетки мышц, печени;

активирует синтез белков в печени, мышцах, сердце и уменьшает их распад;

стимулирует пролиферацию и число клеток в культуре и, вероятно, может участвовать в регуляции роста in vivo.

Гипофункция поджелудочной железы

При недостаточной секреции инсулина развивается сахарный диабет. Выделяют два типа сахарного диабета: инсулинзависимый (тип I) и инсулиннезависимый (тип II).

Инсулинзависимый сахарный диабет (у 10% больных) - заболевание, вызываемое разрушением в-клеток островков Лангерганса. Характеризуется абсолютным дефицитом инсулина.

Инсулиннезависимый сахарный диабет (у 90% больных) развивается чаще всего у тучных людей. Основная причина - снижение чувствительности рецепторов к инсулину, повышенная скорость катаболизма инсулина, нарушение регуляции секреции гормона. При этом уровень инсулина в крови - в норме. Факторы риска развития заболевания - генетическая предрасположенность, ожирение, гиподинамия, стресс.

Симптомы сахарного диабета: гипергликемия - повышение концентрации глюкозы в крови; глюкозурия - выведение глюкозы с мочой; кетонемия - повышение в крови концентрации кетоновых тел; кетонурия - выведение кетоновых тел с мочой; полиурия - возрастает суточный диурез (в среднем до 3-4 л).

Накопление кетоновых тел снижает буферную емкость крови, что приводит к ацидозу. Активируются катаболические процессы: распад белков, липидов, гликогена; повышается концентрация в крови аминокислот, жирных кислот, липопротеинов.

Гиперфункция поджелудочной железы

Инсулинома - опухоль в-клеток островков Лангерганса, сопровождается повышенной выработкой инсулина, выраженной гипогликемией, судорогами, потерей сознания. При крайней степени гипогликемии может наступить смертельный исход. Устранить гиперинсулинизм можно введением глюкозы и гормонами, повышающими уровень глюкозы (глюкагон, адреналин).

Глюкагон

Глюкагон - одноцепочечный полипептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков. Синтезируется в б-клетках островков Лангерганса, в нейроэндокринных клетках кишечника. Эффекты глюкагона в основном противоположны эффектам инсулина.

Основные клетки-мишени глюкагона - печень, жировая ткань, корковое вещество почек.

В печени гормон ускоряет мобилизацию гликогена, вызывает торможение гликолиза, стимулирует глюконеогенез, активирует синтез кетоновых тел. Глюкагон угнетает в печени синтез белков и облегчает их катаболизм. Образующиеся аминокислоты используются в синтезе глюкозы (глюконеогенез).

В жировой ткани глюкагон ускоряет мобилизацию триацилглицеролов, что приводит к повышению уровня жирных кислот и глицерола в крови.

В корковом веществе почек глюкагон активирует глюконеогенез.

Главный эффект - повышение содержания глюкозы в крови - обеспечивают два механизма: быстрый (распад гликогена) и медленный (глюконеогенез).

Глюкагонома - опухоль б-клеток островков Лангерганса. Основной симптом - гипергликемия.

Регуляция обмена ионов кальция и фосфатов

Кальций и фосфаты являются структурными компонентами костной ткани. Ионы кальция участвуют в свертывании крови, мышечном сокращении, проведении нервного импульса, влияют на работу ионных насосов, способствуют секреции гормонов, являются посредниками во внутриклеточной передаче гормональных сигналов.

Основными регуляторами обмена Са²⁺ и Р в крови являются паратгормон, кальцитонин и кальцитриол (производное витамина D).

Паратгормон - белок, состоящий из 84 аминокислотных остатков, синтезируется в паращитовидных железах. Секреция регулируется уровнем ионов Са ²⁺ в крови: гормон секретируется в ответ на снижение концентрации ионизированного Са²⁺ в плазме крови. Паратгормон повышает уровень Са²⁺ и снижает содержание Р в крови. Органы-мишени: кости, почки, кишечник.

Действие на костную ткань характеризуется тремя основными эффектами:

торможение синтеза коллагена в активных остеобластах;

активация остеолиза остеокластами;

ускорение созревания клеток - предшественников остеобластов и остеокластов.

Следствие этих эффектов - мобилизация Са²⁺ и Р из кости в кровь.

Действие на почки: увеличение канальцевой реабсорбции Са²⁺, снижение реабсорбции Р. Кроме того гормон повышает способность почечной ткани синтезировать активную форму витамина D - кальцитриол.

Действие на кишечник: усиливает всасывание Са²⁺ и Р (косвенное действие через образование кальцитриола в почках).

Гиперфункция паращитовидной железы (гиперпаратиреоз)

Причины повышенного образования паратгормона - опухоли паращитовидных желез (80 %), диффузная гиперплазия желез, в некоторых случаях - рак паращитовидной железы (2 %).

Избыточная секреция паратгормона приводит к повышению мобилизации Са²⁺ и Р из костной ткани, усилению реабсорбции Са²⁺ и выведению Р в почках. Возникает гиперкальцемия, результатом которой являются:

снижение нервно-мышечной возбудимости и мышечная гипотония (общая и мышечная слабость, быстрая утомляемость, боли в отдельных группах мышц);

остеопороз, увеличение риска переломов позвоночника, бедренных костей и костей предплечья;

кальциноз сосудов и нефрокальциноз (образование в почках камней).

Гипофункция паращитовидных желез (гипопаратиреоз)

Основной симптом гипопаратиреоза, обусловленный недостаточностью паращитовидных желез, - гипокальцемия. В результате этого повышается нервно-мышечная возбудимость, что проявляется приступами тонических судорог, спазмофилией (судороги дыхательных мышц). Могут возникать неврологические нарушения и нарушения сердечно-сосудистой системы.

Кальцитонин - полипептид, состоящий из 32 аминокислотных остатка. Синтезируется в парафолликулярных клетках щитовидной железы или в клетках паращитовидных желез. Секреция кальцитонина возрастает при увеличении концентрации Са²⁺ и уменьшается при понижении концентрации Са²⁺ в крови.

Кальцитонин - антагонист паратгормона. Органы-мишени: кости, почки, кишечник. Эффекты кальцитонина:

ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости, снижая активность остеокластов;

способствует поступлению фосфата в клетки костей;

стимулирует экскрецию Са²⁺ почками с мочой.

Скорость секреции кальцитонина у женщин зависит от уровня эстрогенов. При недостатке эстрогенов секреция кальцитонина снижается, что приводит к развитию остеопороза.

Кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол) - стероидный гормон, синтезируется в почках из малоактивного предшественника 25-гидроксихолекальциферола. Органы-мишени: кишечник, кости, почки. Эффекты кальцитриола:

способствует всасыванию Са²⁺ в кишечнике, стимулируя синтез кальцийсвязывающего белка;

в костях стимулирует разрушение старых клеток остеокластами и активирует захват Са²⁺ молодыми костными клетками;

увеличивает реабсорбцию Са²⁺ и Р в почках.

Конечный эффект - повышение уровня Са²⁺ в крови.

Гормоны надпочечников

Гормоны мозгового вещества надпочечников

В мозговом веществе надпочечников в хромаффинных клетках синтезируются катехоламины - дофамин, адреналин и норадреналин. Непосредственным предшественником катехоламинов является тирозин. Норадреналин образуется также в нервных окончаниях симпатической нервной ткани (80% от общего количества). Катехоламины запасаются в гранулах клеток мозгового слоя надпочечников. Повышенная секреция адреналина происходит при стрессе и понижении концентрации глюкозы в крови.

Адреналин является преимущественно гормоном, норадреналин и дофамин - медиаторами симпатического звена вегетативной нервной системы.

Биологическое действие

Биологические эффекты адреналина и норадреналина затрагивают практически все функции организма и заключаются в стимуляции процессов, необходимых для противостояния организма чрезвычайным ситуациям. Адреналин выделяется из клеток мозгового вещества надпочечников в ответ на сигналы нервной системы, идущие из мозга при возникновении экстремальных ситуаций (например, борьба или бегство), требующих активной мышечной деятельности. Он должен мгновенно обеспечить мышцы и мозг источником энергии. Органы-мишени - мышцы, печень, жировая ткань и сердечно-сосудистая система.

В клетках-мишенях имеется два типа рецепторов, от которых зависит эффект адреналина. Связывание адреналина с в-адренорецепторами активирует аденилатциклазу и вызывает изменения в обмене, характерные для цАМФ. Связывание гормона с б-адренорецепторами стимулирует гуанилатциклазный путь передачи сигнала.

В печени адреналин активирует распад гликогена, в результате чего резко повышается концентрация глюкозы в крови (гипергликемический эффект). Глюкоза используется тканями (в основном мозгом и мышцами) в качестве источника энергии.

В мышцах адреналин стимулирует мобилизацию гликогена с образованием глюкозо-6-фосфата и распад глюкозо-6-фосфата до молочной кислоты с образованием АТФ.

В жировой ткани гормон стимулирует мобилизацию ТАГ. В крови повышается концентрация свободных жирных кислот, холестерола и фосфолипидов. Для мышц, сердца, почек, печени жирные кислоты являются важным источником энергии.

Таким образом, адреналин оказывает катаболическое действие.

Адреналин действует на сердечно-сосудистую систему, повышая силу и частоту сердечных сокращений, артериальное давление, расширяя мелкие артериолы.

Гиперфункция мозгового вещества надпочечников

Основная патология - феохромоцитома, опухоль, образованная хромаффинными клетками и продуцирующая катехоламины. Клинически феохромоцитома проявляется повторяющимися приступами головной боли, сердцебиения, повышенного артериального давления. Характерные изменения метаболизма:

содержание адреналина в крови может превышать норму в 500 раз;

возрастает концентрация глюкозы и жирных кислот в крови;

в моче определяется глюкоза, адреналин.

Гормоны коры надпочечников (кортикостероиды)

В коре надпочечников синтезируются более 40 различных стероидов, различающихся по структуре и биологической активности. Биологически активные кортикостероиды объединяются в 3 основные класса:

· глюкокортикоиды, оказывающие влияние на обмен углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот;

· минералокортикоиды, оказывающие влияние на водно-минеральный обмен;

· половые гормоны (андрогены и эстрогены).

Глюкокортикоиды

Надпочечники человека скретируют глюкокортикоиды: кортизол (гидрокортизон), кортизон и кортикостерон.

Ткани-мишени: печень, почки, лимфоидная, соединительная и жировая ткани, мышцы.

Секреция глюкокортикоидов находится под контролем АКТГ. Скорость синтеза и секреции гормонов стимулируются в ответ на стресс, травму, инфекцию, понижение уровня глюкозы в крови.

Биологическое действие

Влияние глюкокортикоидов на метаболизм связано с их способностью координированно воздействовать на разные ткани и разные процессы как анаболические (в печени), так и катаболические (в других тканях-мишенях).

Влияние на углеводный обмен:

в печени стимулируют синтез гликогена и глюконеогенез (синтез глюкозы из аминокислот);

в почках стимулируют глюконеогенез;

в периферических тканях тормозят потребление глюкозы и гликолиз.

Влияние на обмен липидов:

активируют синтез триацилглицеролов в печени;

стимулируют распад жира на конечностях и отложение жира в других частях тела (лицо, туловище). При избытке глюкокортикоидов развивается «паукообразное» ожирение;

образующийся при распаде жира глицерол используется в глюконеогенезе, а жирные кислоты - для синтеза кетоновых тел.

Влияние на обмен белков и нуклеиновых кислот:

в печени глюкокортикоиды стимулируют синтез белков и нуклеиновых кислот;

в мышцах, лимфоидной и жировой ткани, коже и костях тормозят синтез белков, РНК и ДНК, стимулируют распад РНК и белков.

При высокой концентрации глюкокортикоиды оказывают следующие эффекты:

в лимфоидной ткани подавляют иммунные реакции, вызывая гибель лимфоцитов и инволюцию лимфоидной ткани;

уменьшают состояние сенсибилизации (повышенной чувствительности) к чужеродным веществам, препятствуют развитию последующих аллергических реакций;

подавляют воспалительную реакцию, уменьшая число лейкоцитов и снижая синтез медиаторов воспаления (простагландинов и лейкотриенов);

вызывают торможение роста и деления фибробластов, синтеза коллагена в соединительной ткани.

Глюкокортикоиды участвуют в физиологическом ответе на стресс, связанный с травмой, инфекцией или хирургическим вмешательством. В этом ответе в первую очередь участвуют катехоламины, и для проявления их максимальной активности необходимо участие глюкокортикоидов.

Минералокортикоиды

Альдостерон - наиболее активный минералокортикоид. Синтез и секреция альдостерона клетками клубочковой зоны надпочечников стимулируются низкой концентрацией Na⁺ и высокой концентрацией К⁺ в плазме крови. На секрецию альдостерона влияют АКТГ и ренин-ангиотензиновая система.

Ткани-мишени: клетки эпителия дистальных канальцев почек, потовые и слюнные железы.

Биологическое действие

Основной биологический эффект альдостерона - увеличение реабсорбции Na⁺ в тканях-мишенях и возрастание экскреции К⁺, NH₄⁺ c мочой и потом. Этот эффект реализуется за счет индукции синтеза:

белков-транспортёров Na⁺ из просвета канальца в эпителиальную клетку почечного канальца;

Na⁺, К⁺-АТФазы, обеспечивающей удаление Na⁺ из клетки почечного канальца в межклеточное пространство и К⁺ - в обратном направлении;

белков-транспортёров К⁺ из клеток почечного канальца в первичную мочу;

ферментов ЦТК, стимулирующих синтез молекул АТФ, необходимых для активного транспорта ионов.

Гиперфункция коры надпочечников

Гиперкортицизм может быть следствием:

повышенного уровня АКТГ при опухолях гипофиза - болезнь Иценко-Кушинга;

избыточного синтеза кортизола при опухолях коры надпочечников - синдром Иценко-Кушинга.

Симптомы гиперкортицизма: «стероидный диабет» (гипергликемия, обусловленная стимуляцией глюконеогенеза; глюкозурия, кетонемия и кетонурия); усиление катаболизма белков и как следствие - атрофия подкожной соединительной ткани (истончение кожи) и уменьшение мышечной массы, остеопороз, инволюция лимфоидной ткани.

Андрогенитальный синдром развивается при врожденной гиперплазии надпочеников. Сопровождается гиперсекрецией андрогенов, что ведет к усилению роста тела, раннему половому созреванию у мальчиков и развитию мужских половых признаков у девочек.

Гиперальдостеронизм (болезнь Конна) сопровождается избыточной секрецией преимущественно альдостерона. Симптомы: отеки (вследствие задержки воды с ионами Na⁺), повышение кровяного давления, повышенная возбудимость миокарда (вследствие избыточного выведения К⁺ с мочой).

Гипофункция коры надпочечников

Гипокортицизм (болезнь Аддисона) развивается в результате поражения коры надпочечников туберкулёзным или аутоиммунным процессом. Симптомы: снижение массы тела, общая слабость, тошнота, рвота, снижение артериального давления, характерная гиперпигментация кожи («бронзовая болезнь»).

Гормоны половых желёз

Мужские половые гормоны

Мужские половые гормоны - андрогены (от греч. «andros» - мужской) - тестостерон, дигидротестостерон, андростерон. Синтезируются в клетках Лейдига семенников, предстательной железе, коре надпочечников. Небольшое количество андрогенов образуется у женщин в яичниках. Их предшественник - холестерол.

Мишени андрогенов - половые органы (предстательная железа, семенные пузырьки) и неполовые органы (мышцы, мозг, кости, почки, хрящи, гортань, кожа, жировая ткань).

Биологическое действие

Физиологическое действие андрогенов различно в разные периоды жизни организма:

· пренатальный период: под действием андрогенов происходит дифференциация соматического пола (трансформация вольфовых протоков в семенные пузырьки и семявыносящие протоки; формирование наружных половых органов), маскулинизация мозга, половая дифференцировка гипоталамуса;

· период полового созревания: стимулируют развитие половых органов, добавочных половых желез (простаты, семенных пузырьков, придатков яичка); индукция сперматогенеза; приводят к скачкообразному увеличению линейных размеров тела, увеличению скелетных мышц, росту костей, но одновременно способствуют и остановке роста, так как стимулируют закрытие эпифизарных зон роста костей. Андрогены вызывают изменение структуры кожи и волос (рост волос по мужскому типу), снижение тембра голоса вследствие утолщения голосовых связок и увеличения объема гортани, стимулируют секрецию сальных желез. Действуя на мозг, андрогены вызывают формирование мужского типа сексуальной ориентации и мужской психики.

· у взрослых мужчин: андрогены обеспечивают сперматогенез и нормальную функцию половых органов; положительный азотистый баланс; ренотропный эффект (увеличение размеров, массы, кровоснабжения почек); активацию эритропоэза.

Андрогены обладают значительным анаболическим действием, выражающимся в стимуляции синтеза белка во всех тканях, особенно в мышцах.

Анаболические стероиды

Анаболические стероиды - синтетические вещества, близкие по структуре к андрогенам, обладающие высокой анаболической и низкой андрогенной активностью. Действие анаболических стероидов проявляется в нарастании мышечной массы, ускорении роста, отложении фосфорно-кальциевых солей в костях. Эти соединения стимулируют синтез структурных белков и ферментов, активируют процессы тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, способствуют накоплению энергии. Анаболики повышают содержание белка в плазме, стимулируют эритропоэз.

Основными показаниями к применению анаболических стероидов являются: нарушения синтеза белков при кахексии, астении, после тяжелых травм, операций, ожогов; инфекционные и другие заболевания, сопровождающиеся потерей белка; остеопороз; для сращивания костей при переломах. Детям анаболические стероиды назначают короткими курсами, так как эти соединения ускоряют созревание скелета с возможным прекращением роста ребенка. Спортсмены используют анаболические стероиды для улучшения спортивных результатов, для быстрого наращивания мышечной массы (культуристы). Длительное применение анаболических стероидов может вызвать поражение печени, опухоли и проблемы с половой функцией.

Нарушение андрогенной функции

При снижении синтеза тестостерона развивается гипогонадизм. Характерные признаки: недоразвитие половых органов и вторичных половых признаков, отсутствие полового влечения, позднее окостенение эпифизарных зон роста костей (длинные конечности, высокий рост), атрофия скелетной мускулатуры, чрезмерное отложение жира в подкожной клетчатке и внутренних органах.

Повышенный синтез андрогенов в период полового созревания может привести к раннему заращиванию эпифизарных зон роста, что приводит к остановке роста.

Женские половые гомоны

К ним относят эстрогены (С₁₈-стероиды) и прогестины (С₂₁-стероиды). Эстрогены образуются путем ароматизации андрогенов. В яичниках из тестостерона образуется эстрадиол; в коре надпочечников из андростендиона синтезируется эстрон; в печени и плаценте эстрон может превращаться в эстриол.

Наиболее активный прогестин - прогестерон - синтезируется в яичниках, семенниках и надпочечниках. У женщин в лютеиновую фазу менструального цикла желтое тело секретирует основное количество прогестерона. Во время беременности прогестерон секретируется фетоплацентарным комплексом.

Эстрадиол в небольших количествах синтезируется в организме мужчин в результате метаболизма тестостерона в печени и жировой ткани и в яичках.

Мишени женских половых гормонов: половые органы (тело матки, маточные трубы, яичники, влагалище, молочные железы) и неполовые органы (мозг, кости, хрящи, гортань, кожа, почки, жировая ткань).

Биологическое действие на половые органы

Женские половые гормоны ответственны за формирование вторичных половых признаков во время полового созревания и поддерживают функции женской репродуктивной системы. Эстрогены стимулируют развитие тканей, участвующих в размножении:

в матке увеличивают рост миометрия и пролиферацию эндометрия, повышают ее тонус;

во влагалище увеличивают число слоев клеток и ороговение эпителия;

вызывают рост эпителия и мышечной ткани маточных труб;

в молочных железах вызывают пролиферацию молочных протоков.

Действие на неполовые органы

Действуя на мозг, эстрогены обеспечивают формирование полового инстинкта и психического статуса женщины.

Эстрогены оказывают анаболическое действие (стимулируют синтез белка в тканях-мишенях) и обеспечивают положительный азотистый баланс.

В эпифизах костей эстрогены обеспечивают синтез коллагена и отложение кальция и фосфора у девочек. В период полового созревания способствуют окостенению эпифизарных зон роста костей, формированию характерного «женского» скелета, развитию хрящей гортани и формированию женского тембра голоса. Обеспечивают рост волос по женскому типу.

В печени индуцируют синтез специфических белков:

транспортных белков тиреоидных и половых гормонов;

факторов свертывания крови (II, YII, IX и X) (при этом уменьшают концентрацию антитромбина III);

липопротеинов высокой плотности (при этом тормозят образование липопротеинов низкой плотности), что приводит к снижению содержания холестерола в крови. В связи с этим у женщин реже, чем у мужчин, развивается атеросклероз.

Прогестерон действует только в период функционирования желтого тела. Он обеспечивает:

торможение сокращений матки и маточных труб;

подготовку стимулированного эстрогенами эндометрия к имплантации оплодотворенной яйцеклетки;

лактацию;

снижает сексуальное влечение.

Прогестерон может оказывать действие и на ЦНС, вызывая особенности поведения в предменструальный период.

Нарушения гормональных функций яичников

Дефицит эстрогенов до периода полового созревания приводит к задержке развития первичных и вторичных половых признаков, задержке окостенения эпифизов (высокий рост), к нарушению половых циклов, к отрицательному азотистому балансу.

Дефицит прогестерона нарушает течение половых циклов, приводит к выкидышам.

Эйкозаноиды

Эйкозаноиды - биологически активные вещества, синтезируемые большинством клеток из полиеновых жирных кислот, содержащих 20 углеродных атомов («эйкоза» - по гречески означает 20).

Эйкозаноиды, включающие в себя простагландины, тромбоксаны, простациклины, лейкотриены - высокоактивные регуляторы клеточных функций.

Эйкозаноиды - гормоны местного действия по ряду признаков:

образуются во всех клетках и тканях человека за исключением эритроцитов;

оказывают биологический эффект по месту своего образования;

концентрация в крови меньше, чем необходимо, чтобы вызвать ответ в других (удаленных) клетках-мишенях.

Эйкозаноиды участвуют во многих процессах регулируют тонус гладкой мускулатуры (а следовательно - артериальное давление), состояние бронхов, кишечника, матки, секреторную функцию желудка, гемодинамику почек, жировой, водно-солевой обмены, влияют на образование тромбов. Разные типы эйкозаноидов участвуют в развитии воспалительного процесса, происходящего после повреждения тканей или инфекции.

Синтез эйкозаноидов

Главный субстрат для синтеза эйкозаноидов - арахидоновая кислота. Под действием фосфолипазы А₂ или С арахидоновая кислота освобождается из биомембран и может превращаться по двум путям - циклооксигеназному и липоксигеназному.

Номенклатура эйкозаноидов

Простациклины - PGI_2, PGI_3.

Простациклин PGI₂ синтезируется в эндотелии сосудов, сердечной мышце, ткани матки и слизистой желудка. Он расширяет сосуды, снижая артериальное давление, вызывает дезагрегацию тромбоцитов (препятствует образованию тромбов).

Тромбоксаны - А₂, А₃; В₂ - продукт катаболизма А₂ (активностью не обладает). Синтезируются в тромбоцитах, ткани мозга, легких, почек. Вызывают агрегацию тромбоцитов (способствуют образованию тромбов), оказывают мощное сосудосуживающее действие.

Лейкотриены - А, В, С, D.

Участвуют в воспалительных процессах, аллергических и иммунных реакциях, способствуют сокращению гладкой мускулатуры дыхательных путей, пищеварительного тракта, оказывают сосудосуживающее действие.

Простагландины - PGE, PGD, PGF; делятся на подклассы (PGE, PGE₂, PGF_1, PGF₂ и т.д.).

Синтезируются во всех клетках, кроме эритроцитов. Действуют на гладкие мышцы пищеварительного тракта, репродуктивные и респираторные ткани, на тонус сосудов, модулируют активность других гормонов, регулируют нервное возбуждение, скорость почечного кровотока, являются медиаторами воспаления.

Биологические эффекты простагландинов Е:

расширяют сосуды, снижают артериальное давление;

расширяют бронхи;

тормозят секрецию желудочного сока и НCl (препятствуют развитию язв в слизистой желудка и кишечника);

медиаторы воспаления: расширяют капилляры и увеличивают их проницаемость, в результате развивается покраснение и отечность воспалительного очага; вызывают повышение температуры тела, действуя на терморегулирующие центры гипоталамуса. Противовоспалительное действие оказывают: глюкокортикоиды (ингибируют фосфолипазу А₂ и снижают образование простагландинов) и аспирин (ингибирует циклооксигеназу);

увеличивают выделение мочи и Na⁺ в почках, препятствуя развитию гипертонии.

Биологические эффекты простагландинов F:

стимулируют сокращение матки и маточных труб, применяются для стимуляции родов или прерывания беременности;

усиливают секрецию желудочного сока и HCl;

сужают кровеносные сосуды, повышают артериальное давление;

сужают бронхи;

усиливают перистальтику кишечника.

Применение гормонов в медицине

1. Гормоны применяют для восполнения их дефицита в организме при гипофункции эндокринных желез (заместительная терапия):

· инсулин - при сахарном диабете;

· тироксин - при гипофункции щитовидной железы;

· соматотропин - при гипофизарной карликовости;

· дезоксикортикостерон - для лечения гипокортицизма;

· минералокортикоиды - при болезни Аддисона, гипокортицизме;

· эстрогенные препараты - при патологических состояний, связанных с недостаточной функцией яичников, для восстановления нарушенных половых циклов;

· андрогенные препараты - при гипофункции семенников, функциональных нарушениях в половой системе.

Использование свойств гормонов для лечения конкретных заболеваний:

глюкокортикоиды (кортизон, гидрокортизон) и их аналоги (преднизалон, дексаметазон и др.) применяют для лечения аллергических и аутоиммунных заболеваний (ревматоидный артрит, ревматизм, коллагенозы, бронхиальная астма, дерматиты), как противовоспалительные и иммунодепрессивные средства (для подавления отторжения пересаженных органов); для профилактики и лечения шока;

вазопрессин - при несахарном диабете;

окситоцин - для стимуляции родовой деятельности;

кальцитонин - при остеопорозе, замедленном срастании переломов, парадонтозе;

паратгормон - при гипокальцемии, обусловленной послеоперационным гипопаратиреозом;

глюкагон - при гипогликемии;

эстрогенные препараты и их комбинации с прогестинами - при климактерическом синдроме;

простагландины Е - при гипертонии, бронхиальной астме, язве желудка, простагландины F - для прерывания беременности, стимуляции родов;

препараты с активностью пролактина (лактин) - при недостаточной лактации в послеродовом периоде.

Использование синтетических аналогов гормонов:

аналоги глюкокортикоидов (см. 2);

аналоги женских половых гормонов - перроральные контрацептивы;

синтетические эстрогены (диэтилстильбэстрол и синэстрол) - для лечения опухоли предстательной железы;

синтетический аналог тестостерона (тестостерон - пропионат) - для лечения опухоли молочной железы;

анаболические стероиды - метиландростендиол, нероболил, ретаболил и др. (см. выше).

14. Биохимия питания

Наука о пище и питании называется нутрициологией (от греч. нутрицио - питание). Нутрициология или наука о питании - это наука о пище, пищевых веществах и других компонентах, содержащихся в продуктах питания, их взаимодействии, роли в поддержании здоровья или возникновении заболеваний, о процессах их потребления, усвоения, переноса, утилизации (расходования) и выведения из организма.

В основе жизнедеятельности лежат процессы обмена веществ. Из внешней среды в организм поступают органические и неорганические вещества, которые подвергаются различным химическим превращениям. Питательные вещества используются для обновления составных частей клеток тканей и органов, для роста организма, а также для энергетических целей. Все нутриенты делятся на 6 главных групп - углеводы, белки, жиры, витамины, минеральные вещества и вода.

При окислительном распаде органических веществ пищи освобождается химическая энергия, которая используется для жизнедеятельности. Потребность в пище определяется физиологическим состоянием организма.

К основным вопросам, с которыми сталкивается биохимия питания можно отнести:

Какие вещества и в каком количестве необходимы организму для жизнедеятельности?

Какова биофункция каждого из питательных веществ?

К каким последствиям приводит потребление питательных веществ в избыточном или недостаточном количестве?

Питание обеспечивает следующие функции:

пластическая роль - рост, развитие и обновление тканей организма;

энергетическое обеспечение клетки;

поступление с пищей незаменимых веществ.

Для удовлетворения всех этих функций пищевой рацион должен быть полноценным и удовлетворять принципам рационального питания, а именно:

1. Калорийность пищи должна обеспечивать энергетические затраты организма, которые зависят от возраста, пола, типа физической или умственной активности (для студентов составляет 2200-3000 ккал/сутки).

2. Рациональное отношение белков, жиров и углеводов, которое для усредненного человека составляет 1:1,5:4. Большую часть пищи составляют углеводы в основном растительного происхождения. Обычный суточный рацион содержит 400-500 г углеводов, из которых 60-80% составляют полисахариды (в основном, крахмал, в меньшем количестве - гликоген и пищевые волокна - клетчатка), 20-30% олигосахариды (сахароза, лактоза, мальтоза), остальное количество - моносахариды (глюкоза, фруктоза и пентозы). Приблизительно в равных соотношения среди пищевых жиров (100 г/сутки) должны присутствовать насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты. Норма белка в питании от 80 до 100 г/сутки и она должна обеспечиваться белками как растительного происхождения, так и животного (в равных долях).

3. Наличие в пище незаменимых компонентов, многие их которых присутствуют в минимальных количествах (минорные вещества): незаменимые аминокислоты, незаменимые жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая), витамины, микроэлементы, клетчатка, ароматические компоненты, эфирные масла, а так же вода.

4. Режим приема пищи, который включает кратность приема и распределение дневного рациона утро-обед-вечер.

5. Соответствие пищевого рациона физиологическому (или патологическому) статусу организма (ограничение углеводов при сахарном диабете, белков - при патологии почек, липидов - при атеросклерозе).

6. Пища должна быть подвергнута кулинарной обработке для улучшения органолептических свойств и обеспечения безопасности для организма.

Основные нарушения структуры питания сводятся к следующим:

избыточное потребление животных жиров;

дефицит полиненасыщенных жирных кислот;

дефицит полноценных (животных) белков;

дефицит большинства витаминов;

дефицит минеральных элементов - кальций, железо;

дефицит микроэлементов - иод, фтор, селен;

выраженный дефицит пищевых волокон.

В настоящее время для коррекции структуры питания предлагается широкое применение биологически активных добавок (БАД) к пище. БАД - это концентраты натуральных или идентичных натуральным биологически активных веществ, предназначенные для непосредственного приема или введения в состав пищевых продуктов.

Использование БАД позволяет ликвидировать дефицит эссенциальных пищевых веществ, индивидуализировать конкретного здорового или больного человека в зависимости от потребностей и физиологического состояния, повысить неспецифическую резистентность организма, ускорить связывание и выведение ксенобиотиков из организма, а также направленно изменить обмен токсических веществ.

Общая характеристика основных компонентов пищи

Белки

Пищевая ценность белка обеспечивается наличием незаменимых аминокислот, углеводородные скелеты которых не могут синтезироваться в организме человека, и они соответственно должны поступать с пищей. Они также являются основными источниками азота. Суточная потребность в белках 80-100г, половина из которых, должна быть животного происхождения. Потребность в белке - это количество белка, которое обеспечивает все метаболические потребности организма. При этом обязательно учитывается физиологическое состояние организма с одной стороны, а с другой стороны, свойства самих пищевых белков и пищевого рациона в целом. От свойств компонентов пищевого рациона зависит переваривание, всасывание и метаболическая утилизация аминокислот.

Потребность в белке состоит из двух компонентов. Первый должен удовлетворить потребность в общем азоте, обеспечивающем биосинтез заменимых аминокислот и других азотсодержащих эндогенных биологически активных веществ. Собственно потребность в общем азоте и есть потребность в белке. Второй компонент определяется потребностью организма человека в незаменимых аминокислотах, которые не синтезируются в организме. Это специфическая часть потребности в белке, которая количественно входит в первый компонент, но предполагает потребление белка определенного качества, т.е. носителем общего азота должны быть белки, содержащие незаменимые аминокислоты в определенном количестве.

Белки животного происхождения содержат полный набор незаменимых аминокислот. Однако, наряду с целым рядом преимуществ белки имеют и недостатки, главными из которых являются достаточно токсичные продукты катаболизма (аммиак, продукты гниения белков в толстом кишечнике) и довольно сложные пути метаболизма.

Углеводы

Основными углеводами пищи являются моносахариды, олигосахариды и полисахариды, которые должны поступать в количестве 400-500 г в сутки. Углеводы пищи являются основным энергетическим материалом клетки, обеспечивают 60-70% суточного энергопотребления. Для обмена углеводов характерны простые метаболические пути и для их окисления необходимо незначительное количество кислорода. Конечные продукты их катаболизма являются индифферентными веществами. Однако имеется ряд недостатков углеводов: они содержат незначительное количество незаменимых компонентов и довольно часто встречаются нарушения их метаболизма с развитием болезни.

Клетчатка, поступающая с пищей в ЖКТ не переваривается, однако она стимулирует перистальтку кишечника и удаляет из него токсические продукты распада. Поэтому, она должна также присутствовать в пищевом рационе.

Липиды

Основные липиды пищи - триацилглицеролы (нейтральные жиры), фосфолипиды, холестерол и высшие жирные кислоты. Суточная потребность 100 г. Они являются источниками энергии (при их разрушении образуется 9,3 ккал/г, в то время как при сгорании белков и углеводов - 4,1 ккал/г). Высшие жирные кислоты являются компонентами фосфолипидов мембран и триацилглицеролов жировой ткани, предшественниками гормонов. Среди высших жирных кислот присутствуют так называемые незаменимые высшие жирные кислоты, к которым относят линолевую, линоленовую и арахидоновую жирные кислоты. Их в совокупности называют «витамином F».

Фософолипиды пищи являются источниками холина, инозитола, используемых для синтеза нейромедиаторов, сложных липидов клеточной мембраны. Холестерол (1,5 г/сутки) также входит в состав мембран, является предшественником стероидных гормонов, желчных кислот и витамина D.