Гуморальная регуляция физиологических функций организма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Понятие гуморальной регуляции

2. Местная гуморальная саморегуляция

3. Гормональная регуляция

3.1 Функции гормонов

3.2 Общие свойства гормонов

3.3 Химическая классификация гормонов

3.4 Источники гормонов

3.4.1 Железы внутренней секреции

3.4.2 Одиночные гормонпродуцирующие клетки

3.4.3 Хромаффинные клетки

3.5 Динамика образования и действия гормонов

3.5.1 Ритмы секреции

3.5.2 Скорость секреции гормонов

3.5.3 Формы переноса гормонов кровью

3.5.4 Механизмы действия гормонов на клетки

3.5.5 Продолжительность жизни гормонов

3.6 Регуляция секреции гормонов

1. Понятие гуморальной регуляции

Гуморальная регуляция - это регуляция процессов жизнедеятельности с помощью веществ, поступающих во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, ликвор и др.).

Сигналами при гуморальной регуляции являются биологически активные вещества (БАВ). БАВ - вещества, оказывающие в малых концентрациях информационные (сигнальные) и специализированные регуляторные воздействия и не используемые организмом в качестве энергетического или пластического материала. Поступление БАВ к реагирующим клеткам из мест их образования происходит по множественным путям: по межклеточным контактам, межклеточную жидкость, через циркулирующие жидкости. Путь, который проходят БАВ после секреции до органов и тканей, варьирует от сотен нанометров до десятков сантиметров. По способу передачи информации выделяют следующие типы воздействия БАВ:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Телекринное (дистантное) действие оказывают БАВ, которые приносятся к клеткам-мишеням с током крови. Дистантным действием обладают все традиционные (классические) гормоны желез внутренней секреции (эндокринное действие - инсулин, тироксин), а также биологически активные вещества, выделяемые нервными клетками (нейронное - адреналин, ацетилхолин; и нейроэндокринное воздействия - окситоцин, вазопрессин).

Паракринным действием обладают БАВ, поступающие в межклеточное пространство и влияющие путем диффузии на соседние клетки (простагландины, гистамин, а также цитокины - фактор роста тромбоцитов, интерлейкин-2 (фактор роста Т-клеток), фактор роста нервов, эпидермальный фактор роста и т.д.). Цитокины - вещества, которые регулируют (усиливают или тормозят) деление, рост и дифференцировку клеток, объединяя их в единое целое - ткань.

Аутокринное действие оказывают БАВ, высвобождающиеся из секретирующей клетки и действующие на нее же (цитокины).

Гуморальную регуляцию условно делят на местную саморегуляцию и гормональную регуляцию.

2. Местная гуморальная саморегуляция

Местная саморегуляция обеспечивается передачей химических сигналов в пределах одной ткани или органа с помощью простейших метаболитов и более сложных продуктов обмена -- «тканевых гормонов».

Простейшие метаболиты - вещества, получаемые в результате биохимических реакций. Они выступают как регуляторы обменных процессов и функций органов по принципу обратной связи. Например, образование избытка метаболитов с кислотными свойствами (молочной кислоты, пировиноградной кислоты) при интенсивной деятельности мышц, создающей относительный дефицит кислорода, активирует метаболические пути их использования, ведет к расширению артериол и прекапилляров для увеличения притока крови и кислорода. В то же время сократительная способность мышц ослабевает. Регуляторные эффекты метаболитов неспецифичны.

"Тканевые гормоны" - это химические вещества, которые в отличие от «классических» гормонов вырабатываются неспециализированными клетками тканей или образуются в плазме крови (например, кинины) при определенных воздействиях (болевое раздражение, воспаление, инсоляция и др.).

Кинины (брадикинин и каллидин) образуются в плазме крови из их предшественника кининогена (синтезируется в печени) под действием калликреина каллидина. Расслабляют гладкую мускулатуру сосудов, понижают кровяное давление, повышают проницаемость капилляров, вызывают болевые ощущения.

Характерным признаком гистогормонов является их способность обеспечивать взаимодействие и регуляцию клеток на «местном» уровне, практически без вмешательства нервной системы. Другими словами, они обеспечивают креаторные связи - это обмен между клетками макромолекулами, несущими информацию для обеспечения дифференцировки, роста и развития и, в конечном счете, функционирования отдельных клеток ткани как единой многоклеточной системы. Это один из наиболее эволюционно старых способов регуляции, возникших с появлением многоклеточных организмов.

Гистогормоны делятся на 2 группы:

1. Тканеспецифические гистогормоны локального действия: факторы некроза опухоли, факторы роста нервов, тромбоцитов (тромбопоэтины), эритроцитов (эритропоэтины) и другие цитокины. Сюда же можно отнести и кейлоны или халоны -- простые белки или гликопротеиды, подавляющие деление клеток и синтез ДНК. Существуют и антикейлоны - вещества, стимулирующие образование новых структур. Нарушение таких креаторных связей лежит в основе ряда заболеваний (например опухолевый рост), а также играет роль в процессах старения.

2. Тканенеспецифические гистогормоны широкого спектра действия -- простагландины, вазоактивные кинины (брадикинин, каллидин), некоторые биогенные амины (гистамин, серотонин), аденозин, гепарин, нейромодуляторы (некоторые пептиды). Эти вещества, наряду с основным местным регуляторным действием, способны оказывать и региональное регуляторное влияние и даже генерализованные эффекты, подобно гормонам. Однако, образование этих веществ, в отличие от гормонов, осуществляется неспециализированными клетками.

3. Гормональная регуляция

Гормоны (греч. hormaino -- приводить в движение, побуждать) -- химические вещества, образуемые и выделяемые специальными эндокринными клетками, тканями или органами во внутреннюю среду для обеспечения гуморальной регуляции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гормон - неоднозначно определяемый термин. Например, если серотонин выделяется соединительнотканными клетками при некоторых повреждениях (воспалении, травме сосуда), то его называют гистогормоном, в случае выделения серотонина эпифизом - гомоном. Другой пример с катехоламинами - адреналином и норадреналином. Когда рассматривается их выработка в мозговом веществе надпочечников, их обычно называют гормонами, если речь идет об их образовании и выделении симпатическими окончаниями, их называют медиаторами.

3.1 Функции гормонов

Все многообразие действия гормонов сводится к следующим влияниям на организм:

ь метаболическим - изменение обмена веществ;

ь морфогенетическим - дифференциация тканей и органов, действие на рост, стимуляция формообразовательного процесса;

ь кинетическим или пусковым - вызывающим определенную деятельность исполнительных органов;

ь корригирующим - изменение интенсивности функций органов и тканей.

Это значит, что гормоны контролируют жизнедеятельность в целом, являясь неотъемлемым и обязательным компонентом любой функциональной системы. Регулируя активность ферментов, гормоны изменяют проницаемость мембран, влияют на клеточный метаболизм; контролируя генетический аппарат, обеспечивают рост, дифференцировку тканей и развитие организма. Очевидна роль гормонов в поддержании гомеостаза, адаптации к постоянно меняющимся условиям внешней среды, ритмической организации физиологических функций, адекватной психической деятельности и интеллекте, размножении и выкармливании потомства.

3.2 Общие свойства гормонов

1. Строгая специфичность физиологического действия. Гормоны действуют только на определенные клетки, их называют клетки-мишени. Различают гормонозависимые и гормоно-чувствительные клетки. Гормонозависимые клетки могут нормально дифференцироваться, расти, развиваться только в присутствии данного гормона. Гормоночувствительные клетки могут расти, развиваться и функционировать и без гормональной стимуляции, но интенсивность их деятельности определяется данным гормоном. Например, для АКТГ гормонозависимыми клетками являются клетки коры надпочечников, гормоночувствительными - клетки жировой и покровной тканей. Специфичность действия гормонов обусловлена рецепторами клеток-мишеней.

2. Высокая биологическая активность, т.е. эффективны и чрезвычайно низких концентрациях, порядка 10-6--10-12 моль/л. Например, 1 г адреналина может активировать работу 100 млн. изолированных сердец.

3. Дистантный характер действия: клетки-мишени располагаются обычно далеко от места образования гормона.

4. Многие гормоны (стероидные и производные аминокислот) не имеют видовой специфичности. Это делает возможным практическое применение в клинике гормонов, выделенных из организма животных. Выработка гормонов одной и той же химической природы характеризуется множественной локализацией их синтеза в организме. Например, различают панкреатическую и мозговую формы инсулина; одни и те же регуляторные пептиды вырабатываются в ЦНС и желудочно-кишечном тракте.

5. Генерализованное действие: высвобождаясь в кровь из места образования, гормоны легко распространяются и вызывают согласованную во времени и пространстве реакцию органов, тканей, клеток, способных на них реагировать.

6. Полиморфизм действия: один и тот же гормон в разных тканях может воспроизводить противоположные эффекты. Например, адреналин вызывает спазм периферических сосудов, но расширяет сосуды, подающие кровь к мозгу.

3.3 Химическая классификация гормонов

По химической структуре гормоны подразделяются на три группы: производные аминокислот (амины и йодтиронины); белково-пептидные гормоны (небольшие пептиды, гликопротеины, белки), стероиды.

В табл. 1 представлены основные химические классы гормонов и БАВ, локализация синтеза некоторых из них.

Таблица 1. Химическая классификация гормонов и БАВ

3.4 Источники гормонов

Гормоны вырабатываются:

* железами внутренней секреции (эндокринными железами);

* одиночными гормонпродуцирующими клетками;

* хромаффинными клетками.

Их объединяет то, что все они осуществляют внутреннюю секрецию, т.е. выделяют биологически активные вещества -- гормоны во внутреннюю среду организма непосредственно через клеточную мембрану без нарушения ее целости.

3.4.1 Железы внутренней секреции

Железы внутренней секреции -- самостоятельные органы с особой морфологической структурой и специализированными функциями по выработке гормонов.

Характерными морфофункциональными особенностями желез внутренней секреции являются:

* высокая степень специализации рабочих клеток -- эндокриноцитов -- по выработке гормонов;

* отсутствие выводных протоков для синтезируемых веществ;

* обилие кровеносных капилляров;

* интенсивный метаболизм;

* многочисленный и разнообразный рецепторный аппарат;

* избирательная химическая чувствительность к эндогенным веществам.

К железам внутренней секреции относят гипофиз и эпифиз, расположенные в пределах головного мозга, и периферические железы, которые делят на зависимые и не зависимые от передней доли гипофиза (аденогипофиза).

К гипофиззависимым относят щитовидную железу, надпочечники (корковое вещество) и половые железы (яички, яичники). Взаимоотношения между ними и аденогипофизом строятся по принципу прямых (положительных) и обратных (отрицательных) связей. Это значит, что тропные (от греч. tropos -- направляю) гормоны аденогипофиза активируют выделение гормонов соответствующими железами, которые в свою очередь в определенных концентрациях воздействуют на аденогипофиз и тормозят его активность. Соответственно, выделяют тиреотропный, адренокортикотропный гормон (АКТГ) и гонадотропные гормоны (фоллитропин и лютропин).

К гипофизнезависимым относятся все прочие железы -- околощитовидные, эпифиз, панкреатические островки, мозговое веществ надпочечников. Их деятельность подчинена собственным внутренним механизмам и ритмам.

гуморальный регуляция физиологический функция

3.4.2 Одиночные гормонпродуцирующие клетки

Эти клетки расположены диффузно в различных органах, их совокупность образует диффузную эндокринную систему (ДЭС).

ДЭС включает две самостоятельные группы.

Первая группа - это клетки APUD-системы. Они характеризуются высоким содержанием аминов, в связи с чем было предложено объединить эти клетки в систему, которая была названа по первым буквам английских слов Amine Precursors Uptake and Decarboxylating system - APUD-система - система захвата предшественников аминов и их декарбоксилирования. К этой системе относят эндокринные клетки центральной и периферической нервной системы, желез внутренней секреции, сердца, почек, печени, легких, селезенки. Эндокриноциты нервной системы представлены нейросекреторными клетками, сочетающими морфологические признаки нейронов и гландулоцитов, рефлекторную и эндокринную функции. Основные скопления нейросекреторных клеток находятся в гипоталамусе. Выделяемые ими пептидные гормоны (рилизинг-факторы, или либерины, и ингибирующие факторы - статины) регулируют эндокринные функции аденогипофиза, и через его тропные гормоны опосредованно контролируют функции щитовидной железы, половых желез и коркового вещества надпочечников.

Есть отдельная группы клеток, не относящихся к APUD-системе. Например, юкстагломерулярные клетки в почках, продуцирующие ренин, лимфоцитстимулирующие (продуцируют лимфопоэтин) и др. клетки.

Частью ДЭС является также энтериновая система, представленная эндокринными клетками слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, которые вырабатывают свыше 40 гормонов и других биологически активных веществ, регулирующих пищеварительные и непищеварительные функции.

Таблица 2. Основные БАВ одиночных гормонпродуцирующих клеток

3.4.3 Хромаффинные клетки

В мозговом веществе надпочечников, в вегетативных ганглиях симпатической и парасимпатической нервной системы, частично в стенках магистральных сосудов рассеяны клетки, составляющие хромаффинную ткань. По происхождению и функционально хромаффинные клетки связаны с симпатической нервной системой и вместе составляют симпатоадреналовую систему быстрого реагирования. Хромаффинные клетки вырабатывают норадреналин, адреналин и ряд регуляторных пептидов.

3.5 Динамика образования и действия гормонов

3.5.1 Ритмы секреции

Гормоны поступают во внутреннюю среду с определенным биоритмом и организуют ритмы физиологических функций в цикле сон--бодрствование, в процессах роста и развития, в условиях жизни и труда человека в различной социальной и природно-климатической среде. Гормоны обеспечивают временную регуляцию физиологических функций и сами являются маркерами ритмов физиологических функций, синхронизируют суточные ритмы метаболических процессов и осуществляют настройку гормонально зависимых физиологических процессов к факторам внешней среды.

Секреторный гормональный цикл подвержен ритмическим изменениям, в которых выделяют максимумы и минимумы активности.

Экзогенные ритмы секреции - это ритмы гормональной активности, формируемые под влиянием внешних синхронизаторов (смена света и темноты, прием пищи, метеорологические факторы - температура, инсоляция, атмосферное давление, для человека -- различные социальные факторы).

Эндогенные ритмы - это ритмы, не зависящие от действия внешних синхронизаторов, сформировались в связи с циклическими явлениями в природе: суточными, лунными, сезонными, годичными и др. Так, например, эпифиз вырабатывает ночью гормон мелатонин, а днем -- серотонин. Даже в культуре ткани живые клетки эпифиза -- пинеалоциты сохраняют суточную ритмичность секреции гормонов. Известно, что эпифиз определяет ритмы половых циклов, сна и бодрствования, суточные колебания температуры тела.

Взаимодействие экзогенных и эндогенных ритмов, их динамическая синхронизация обеспечивают нормальную жизнедеятельность.

Роль гипоталамуса. Главная роль в реализации циркадианных ритмов гипофизарных, половых и других гормонов принадлежит гипоталамусу, особенно его супрахиазматическим ядрам (расположены рядом со зрительным перекретом - хиазмой).

Последовательность активации гормональных и физиологических функций в 3-фазном суточном цикле человека представлена в табл. 3.

Таблица 3. Суточный цикл гормональной секреции человека

3.5.2 Скорость секреции гормонов

Гормоны секретируются с относительно небольшой скоростью -- от 2-10-6 до 0,4-10-2 г/сут.

Скорость секреции определяется рядом факторов. Она различна в эмбриональном периоде и постнатальном развитии -- детстве, периодах полового созревания, детородном, в менопаузе, старости. Скорость секреции определяется также функциональным состоянием организма, в частности физической и умственной активностью, наличием стресса, менструальным циклом, беременностью, лактацией, определенными мотивациями (голод и насыщение) и др., а также природой синтезируемого гормона.

3.5.3 Формы переноса гормонов кровью

В крови гормоны циркулируют в нескольких молекулярных формах: свободной, связанной с белками плазмы крови, а адсорбированной форменными ее элементами -- эритроцитами, лимфоцитами, моноцитами, тромбоцитами.

В свободной форме переносятся гидрофильные, легко растворимые в плазме, белковые гормоны. Они достигают клеток-мишеней без участия каких-либо «переносчиков».

В связанной с белками (альбуминами) форме циркулируют катехоламины, которые достаточно долгое время должны быть депонированы (лишь 5--10 % их находится в свободной форме).

Белки, образуя с гормоном крупномолекулярный комплекс, предотвращают их фильтрацию через капилляры клубочков нефрона (почечный фильтр) и экскрецию почками. Затрудняя транспорт гормонов через мембрану гепатоцитов, белки в значительной степени ограничивают метаболизм (инактивацию, биологическую трансформацию) гормонов в печени.

Однако по достижении транспортной формой гормона клетки-мишени белок «освобождает» гормон, и он легко проникает в клетку.

Стероидные и тиреоидные гормоны также гидрофобны. Их транспорт осуществляется белками-переносчиками -- как глобулинами, так и альбуминами.

3.5.4 Механизмы действия гормонов на клетки

Существуют 2 основных механизма действия гормонов на уровне клетки: реализация эффекта с наружной поверхности клеточной мембраны («быстрые» эффекты) и реализация эффекта после проникновения гормона внутрь клетки («медленные» эффекты).

С помощью первого механизма действуют гидрофильные гормоны (гистамин, адреналин, инсулин, глюкагон), которые не могут непосредственно проникать через биологические мембраны внутрь клетки (т.к. это в основном белки). Они взаимодействуют с рецепторами, встроенными в мембрану клетки. А передача сигнала к внутриклеточным структурам осуществляется вторичными посредниками, или мессенджерами. Схематически это можно представить так. Большинство гормонов в результате взаимодействия с мембранными рецепторами активируют соответствующий G-белок мембраны. Активированный G-белок взаимодействует с одним или несколькими соединениями - первичными мессенджерами (аденилатциклазой, цГМФ-фосфодиэсте-разой, Са2+- или К+-каналами или фосфолипазами С, А2, D и др.). При этом он активирует или ингибирует их. Вследствие этого возрастает или снижается внутриклеточный уровень одного или нескольких вторичных мессенджеров (циклический 3,5-аде-нозинмонофосфат (цАМФ), циклический 3,5-гуанозинмоно-фосфат (цГМФ), ионы кальция, инозитол-1,4,5-трифосфат и диацилглицерины). Увеличение или уменьшение концентрации вторичного мессенджера влияет на активность одной или нескольких зависимых от него протеинкиназ. Протеинкиназы -- это специальные регуляторные ферменты, способные фосфорилировать (за счет фосфатных групп АТФ) строго определенные белки. Такая химическая модификация белка меняет его конфигурацию. В итоге в одних случаях активность белка в результате фосфорилирования повышается, в других - снижается. Это обусловливает конечный ответ клетки, например, изменяется активность соответствующих ферментов или структурных белков. Так действуют пептидные, белковые гормоны, производные тирозина - катехоламины. Характерной особенностью действия этих гормонов является относительная быстрота возникновения ответной реакции.

Гидрофобные гормоны (стероидные и тиреоидные), которые в силу своей липофильности легко проникают через мембрану внутрь клетки-мишени, связываются в ее цитоплазме со специфическими белками-рецепторами. Гормонрецепторный комплекс проникает в клеточное ядро, где он влияет на активность тех или иных генов, в соответствующих участках ДНК. Причем активность одних генов может возрастать, а других в этой же клетке - уменьшаться. В соответствии с этим усиливается или, напротив, тормозится синтез определенного белка. Так действуют стероидные гормоны. Производные тирозина - гормоны щитовидной железы могут проходить не только в клетку, но и в само ядро, связываясь с ядерными рецепторами. Для гормонов такого типа действия характерна глубокая и длительная перестройка клеточного метаболизма.

3.5.5 Продолжительность жизни гормонов

Время действия гормонов характеризуется периодом полураспада, необходимым для расщепления и инактивирования половины имеющегося гормона.

Латентный период -- время от момента рецепции гормонального сигнала до появления специфической клеточной реакции также различно -- от нескольких секунд до нескольких суток и может быть представлено в нарастающей последовательности: пептиды -- секунды-минуты; белки и гликопротеины -- минуты-часы; стероиды -- часы; йодсодержащие гормоны -- сутки.

Например, коротколатентным действием обладает адреналин, который изменяет активность предсуществующих, т.е. ранее синтезированных, ферментов -- регуляторов распада и синтеза гликогена в печени; длительным латентным периодом характеризуется действие половых стероидных гормонов, направленное на геном клетки, связанное с образованием специфических клеточных белков, используемых в пластических анаболических процессах.

В целом время «жизни» гормона определяется его химической природой, типом гормонрецепторного взаимодействия, механизмами трансмембранного проведения и внутриклеточного усиления сигнала. Во многих отношениях эти процессы еще остаются нераскрытыми.

Распад гормонов осуществляется в различных органах, выполняющих функцию биологической трансформации,-- печени, почках, легких, мозге -- существуют ферментные системы, инактивирующие и расщепляющие «отработанные» белковые и пептидные гормоны. Часть гормонов разрушается в плазме крови, многие выводятся из организма с мочой в неизменном виде. Некоторые гормоны после взаимодействия с рецептором подвергаются внутриклеточной деградации; распад гормонрецепторных комплексов или гормона после его отщепления от рецептора происходит в лизосомах.

3.6 Регуляция секреции гормонов

Регуляция функций желез внутренней секреции осуществляется несколькими взаимосвязанными механизмами: внутриклеточным, гуморальным и нервным.

Внутриклеточная регуляция реализуется с помощью рецепторов гормонов, G-белков, циклических нуклеотидов, ферментов, Ca2+ и других вторых посредников синтеза и секреции гормонов, наконец, с участием генома. Гены задают тип синтезируемого в клетке гормона, тогда как другие гормоны являются регуляторами генов.

Гуморальные факторы регуляции - это действие метаболитов и гормонов.

Непосредственное регулирующее действие на железы внутренней секреции оказывают некоторые негормональные метаболиты -- глюкоза, свободные жирные кислоты, аминокислоты, монооксид азота, а также некоторые ионы (НСОз-, Н+, Na+, Ca2+, K+ и др.).

При этом регулирующий метаболит может действовать как стимулятор функций железы, если гормон этой железы снижает концентрацию данного метаболита. Однако регулирующий метаболит может действовать и как ингибитор функции железы, если ее гормон увеличивает концентрацию данного метаболита.

Гормональная регуляция проявляется во взаимодействиях некоторых гормонов между собой.

Нервная регуляция представлена сложной совокупностью центральных механизмов, среди которых главная роль принадлежит гипоталамо-гипофизарной системе (подробнее - см. в разделе «Частная физиология нервной системы»).

Вегетативная нервная система оказывает как прямое, так и опосредованное действие на секреторную активность желез внутренней секреции через изменение кровотока и активности миоэпителиальных клеток, окружающих железы.

Рефлекторные реакции желез внутренней секреции возникают в ответ на возбуждение рецепторов сердца, сосудов, желудочно-кишечного тракта, печени, желчного пузыря, поджелудочной железы, почек и других внутренних органов, а также рецепторов самих желез внутренней секреции. В последнем случае чувствительные нервы желез внутренней секреции передают в ЦНС информацию об уровне их функциональной активности.

Способностью прямо преобразовывать симпатические нервные импульсы в гуморальные факторы регуляции обладают: хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников; гипоталамические нейросекреторные клетки; эпифиз; панкреатические островки; юкстагломерулярные клетки.

Функции парасимпатических нервных волокон, проникающих в щитовидную, паращитовидные, половые железы и надпочечники, до сих пор не ясны.

Размещено на Allbest.ru