Р. П. Самусев
Железы внутренней секреции
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние годы интерес медиков и биологов к эндокринной системе человека неуклонно растет, что обусловлено прежде всего ее огромной ролью в организме. Эндокринные железы участвуют во всех процессах жизнедеятельности организма. Гормоны воздействуют на генетический аппарат клеток, влияют на все виды обмена веществ, а также на рост, физическое и умственное развитие человека, помогают организму адаптироваться к условиям окружающей среды. В эмбриональный период гормоны играют существенную роль в формировании систем органов и становлении их функций. Этим объясняется общебиологическое значение изучения эндокринных желез.
Однако, как известно, избыток или недостаток определенных гормонов приводит к нарушению обменных процессов в организме, его роста и развития. Это обстоятельство, а также повсеместное учащение случаев эндокринной патологии определяют общемедицинское значение исследования эндокринной системы и требуют привлечения к этой проблеме представителей разных специальностей медико-биологического профиля.
Предлагаемый вашему вниманию конспект-тетрадь содержит современные сведения по анатомии, гистологии, возрастной физио логии и порокам развития эндокринной системы. Авторы обобщили и постарались изложить в краткой форме обширный материал по железам внутренней и смешанной секреции.
В основу данного пособия положены работы В. В. Потемкина (1978), Г. И. Лазюка (1991), В. Л. Быкова (1997), Ю. И. Афанасьева, Н. А. Юриной, Е. Ф. Котовского (1999), А. Н. Гансбургского, А. В. Павлова (1999), А. С. Леонтюка, Б. А. Слуки (2000), В. А. Соловьева, Т. В. Шинкаренко (2003), Е. К. Ермоленко (2006), Я. В. Благосклонной, Е. В. Шляхто, А. Ю. Бабенко (2007) и др.
Издание адресовано студентам вузов, изучающим медицину и биологию, рекомендуется также аспирантам, молодым ученым и практическим врачам различного профиля.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
АКТГ адренокортикотропный гормон
АТФ аденозинтрифосфат
ВИП вазоактивный интестинальный пептид
ГнРФ гонадотропин-рилизинг-фактор
ГР гормон роста
ГрРФ гормон роста-рилизинг-фактор
ДЭС диффузная эндокринная система
ЖК жирные кислоты
ИБС ишемическая болезнь сердца
ИМТ избыточная масса тела
ИФР инсулиноподобный фактор роста
КРФ кортикотропин-рилизинг-фактор
ЛГ лютеинизирующий гормон
ЛПОНП липопротеины очень низкой плотности
ЛТГ липотропный гормон
МСГ меланоцитостимулирующий гормон
МЭН множественная эндокринная неоплазма
НЭЖК неэстерифицированные жирные кислоты
ПОМК проопиомеланокортин
ПрСФ пролактинстимулирующий фактор
ПРФ пролактин-рилизинг-фактор
ПТГ паратиреоидный гормон
РНК рибонуклеиновая кислота
СБЙ связанный с белком йод
СД 1-го типа инсулинозависимый сахарный диабет, тип 1
СД 2-го типа инсулинонезависимый сахарный диабет, тип 2
СТГ соматотропный гормон
СТРФ соматотропин-рилизинг-фактор
Т3 трийодтиронин
Т4 тироксин
ТРГ тиреотропин-рилизинг-гормон
ТРФ тиреотропин-рилизинг-фактор
ТТГ тиреотропный гормон
ТТП тератогенный терминационный период
УЗИ ультразвуковое исследование
ФСГ фолликулостимулирующий гормон
ХС холестерин
цАМФ циклический аденозинмонофосфат
цГМФ циклический гуанидинмонофосфат
ЦНС центральная нервная система
ЮГА юкстагломерулярный аппарат
Глава 1
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ
Железы внутренней секреции, или эндокринные железы, представляют собой специализированные органы, которые в отличие от желез внешней секреции не имеют выводных протоков и выделяют продуцируемые гормоны непосредственно в кровь или лимфу. Эндокринные железы (железы внутренней секреции) входят в эндокринную систему. Эндокринная система регулирует работу органов организма, обменные процессы, а также поддерживает состояние равновесия (гомеостаз).
Гормоны – это биологически высокоактивные вещества, образуемые в железах внутренней секреции, поступающие в кровь и влияющие на функции органов и систем организма, удаленных от места их инкреции. С момента образования в эндокринных железах до выделения из организма гормоны проходят несколько стадий: образования, накопления, высвобождения, транспортирования, осуществления биологического действия, инактивации и экскреции.
Гормоны и нервная система являются главными в передаче информации клеткам. Они, с одной стороны, регулируют и интегрируют функции органов и клеток, делая организм единым целым, с другой – поддерживают постоянство внутренней среды организма. Гормоны совершенно необходимы для нормального роста, развития и репродукции человека.
Большинство гормонов связываются в крови с белками плазмы, выполняющими транспортную функцию, и теряют биологическую активность. Минимальное количество гормонов циркулирует в крови в свободном (биологически активном) состоянии.
→ По физическому действию гормоны делятся на пусковые гормоны и гормоны-исполнители:
пусковые гормоны (активаторы деятельности других желез) – это прежде всего нейрогормоны гипоталамуса, а также эпиталамуса, шишковидной железы и отдельных специализированных клеток, разбросанных в центральной нервной системе (ЦНС);
гормоны-исполнители в отличие от пусковых гормонов непосредственно воздействуют на некоторые основные функции организма: рост, обмен веществ, размножение, адаптацию, деятельность и тонус нервной и сердечно-сосудистой систем.
После образования в эндокринных железах гормоны по мере необходимости поступают в кровь, лимфу, межклеточное вещество, что зависит в определенной степени от времени суток и возраста человека. Например, максимальное выделение в кровь гормонов щитовидной железы и кортикостероидов отмечается в утренние часы, а минимальное – в вечерние часы. Интенсивное выделение гонадотропных гормонов гипофиза отмечается в ночное время, половых гормонов – в ранние утренние часы, а их снижение – к вечеру.
→ Гормоны обладают дистантным характером действия, строгой специфичностью, высокой биологической активностью и длительно сохраняющимся эффектом.
Дистантный характер действия: органы-мишени расположены, как правило, далеко от места образования гормонов в эндокринных железах. Так, например, антидиуретический гормон, освобождающийся в кровоток из задней доли гипофиза, по кровотоку достигает эффекторного органа – собирательных трубочек почек, где активирует реабсорбцию воды.
Строгая специфичность действия: реакции органов и тканей на определенный гормон не могут быть вызваны другими (неспецифичными для этих органов и тканей) гормонами.
Гормоны оказывают физиологическое воздействие в чрезвычайно малых дозах. Эффективность биологического действия гормонов обусловлена, с одной стороны, их высокой концентрацией в крови или лимфе, с другой – чувствительностью к их действию клеток и тканей. Установлено 4 основных типа физиологического действия гормонов на организм:
кинетическое, или пусковое, вызывающее определенную деятельность эффекторов;
метаболическое, вызывающее изменение обмена веществ;
морфогенетическое (дифференциация тканей и органов, действие на рост, стимуляция формообразовательного процесса и т. д.); корригирующее (изменение интенсивности всех функций организма или его отдельных органов, или систем).
→ Существует несколько путей действия гормонов: эндокринный; паракринный; нейроэндокринный; аутокринный; юкстакринный.
Аутокринный путь (рис. 1а): действие гормона на ту же клетку, в которой он синтезирован. Гормон секретируется во внеклеточную жидкость и вновь поступает в ту же клетку. Например, инсулин секретируется из В-клетки во внеклеточную жидкость, затем вновь поступает в эту же клетку и тормозит секрецию инсулина.
Паракринный путь (рис. 1б): гормон поступает во внеклеточное вещество и действует на рядом лежащие другие клетки в железе, не поступая в кровоток. Например, гормон соматостатин секретируется из D-клеток островков Лангерганса – Соболева поджелудочной железы в межклеточное вещество и действует на рядом лежащие А– и В-клетки островка, тормозя секрецию инсулина и глюкагона.
Эндокринный (классический) путь (рис. 1в): гормон из своей эндокринной железы поступает прямо в кровоток или лимфоток и по ним достигает своего эффекторного органа.
Юкстакринное действие (рис. 1г): гормон из клетки, в которой он синтезирован, оказывает действие на окололежащую клетку, на которой есть рецептор к этому гормону. Такое действие оказывает гемопоэтический фактор роста.
Нейроэндокринное, или нейротрансмиттерное, действие (рис. 1д): по аксону нервной клетки нейротрансмиттеры поступают в синаптическую щель и на рецептор конечного органа-мишени. В центральной нервной системе такими нейротрансмиттерами являются допамин, норадреналин, адреналин, а на периферии – допамин, норадреналин, ацетилхолин.
Один и тот же гормон может обладать несколькими из описанных путей действия.
Примеры
• Адреналин, норадреналин, допамин обладают эндокринным действием: из мозгового слоя надпочечника поступают в кровоток и действуют на свои, отдаленные от их эндокринной железы конечные эффекторные органы; в мозге и на периферии эти гормоны действуют как нейротрансмиттеры.
• Соматостатин в островках поджелудочной железы оказывает паракринный эффект: секретируемый из D-клеток, он во внеклеточной жидкости действует на А– и В-клетки островка, тормозя секрецию инсулина и глюкагона. При этом одновременно гормон поступает в кровоток, действуя эндокринным путем.
• Кортизол, кроме классического эндокринного действия, оказывает паракринное действие: по внеклеточной жидкости из пучковой зоны коры надпочечника он поступает в мозговой слой надпочечника и стимулирует синтез адреналина.
• Инсулин, кроме классического эндокринного действия, обладает аутокринным и паракринным действием. Аутокринное действие: инсулин секретируется из В-клетки островка и из межклеточного вещества поступает в ту же В-клетку. Паракринное действие: инсулин, секретируемый из В-клетки островка и в межклеточном веществе, действует на А-клетки, тормозя секрецию глюкагона.
→ Типы гормонов и их предысточники
Различают белковые, пептидные, стероидные, аминокислото-содержащие, аминокислотные модифицированные гормоны:
белковые – гонадотропные гормоны, ТТГ (тиреотропный гормон), пролактин, инсулин, ПТГ (паратиреоидный гормон);
пептидные – АКТГ (адренокортикотропный гормон);
стероидные (предысточник – холестерин) – гормоны коры надпочечников, половые гормоны, витамин D3 (1,25(OH)2D);
аминокислотосодержащие (предысточник – аминокислота тирозин) – тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3);
аминокислотные модифицированные (из аминокислоты тирозин) – катехоламины: адреналин, норадреналин, допамин. Предысточник – жирные кислоты (ретиноид – ретиноевая кислота, простагландин Е1).
Ряд активных гормонов образуется не только в эндокринных железах, но и в периферических тканях из прогормонов: трийодтиронин – из тироксина; дигидротестостерон – из тестостерона; тестостерон и эстрогены – из андростендиона.
→ Особенности эффектов гормонов
Каждый гормон обладает функцией, механизмом действия и, как результат, эффектом или эффектами.
Примеры
• Паратиреоидный гормон. Функция: накопление кальция (ионизированного) в организме, поддержание нормальной концентрации кальция в сыворотке крови. Механизм действия: 1) стимулирование остеокластов в кости, увеличение резорбции кости и выход кальция в кровоток; 2) увеличение реабсорбции кальция в почках; 3) увеличение синтеза активного гормона витамина D3 в почке и косвенно через него увеличение всасывания кальция в тонкой кишке. Эффект: повышает уровень кальция (ионизированного) в сыворотке крови.
• Антидиуретический гормон. Функция: резервирование жидкости в организме. Механизм действия: эффекторный орган – собирательные трубочки почек. Увеличивает проницаемость эпителия и открывает водные каналы для реабсорбции жидкости. Эффект: увеличение количества жидкости в организме.
• Альдостерон. Функция: накопление натрия в организме. Механизм действия: 1) в собирательных трубочках почек открывает натриевые и калиевые каналы; 2) увеличивает реабсорбцию натрия в обмен на экскрецию калия и водорода. Эффект: поддержание нормального уровня натрия и калия в сыворотке крови.
Гормоны обладают рядом следующих эффектов.
Один гормон – один эффект
Пример
• Альдостерон повышает уровень натрия в сыворотке крови (резервирует натрий), паратиреоидный гормон повышает уровень кальция в сыворотке крови, кальцитонин понижает уровень кальция в сыворотке крови и т. д.
Один гормон – много эффектов
Пример
• Инсулин стимулирует липогенез, синтез белка, гликогена, холестерина и триглицеридов, тормозя одновременно липолиз, протеолиз, кетогенез, глюконеогенез, гликогенолиз.
Много гормонов – один эффект
Пример
• Гормоны глюкагон, катехоламины и гормон роста стимулируют липолиз (распад жира), синтез белка стимулируют гормон роста, инсулин, анаболические стероиды.
Гормоны-агонисты и гормоны-антагонисты – синергический/антагонистический эффекты
Один и тот же гормон в зависимости от физиологического действия может иметь с другим гормоном или синергический эффект, или эффект антагонистический. Такие эффекты гормонов – в одних случаях синергичные, в других антагонистичные – биологически обусловлены и позволяют поддерживать нормальное количество жира, белка, гликогена в организме, нормальный уровень глюкозы и электролитов в крови, то есть сохранять постоянство внутренней среды организма.
Примеры
• Инсулин и гормон роста. Действие обоих гормонов на синтез белка синергично, поскольку они стимулируют синтез белка, но по действию на жировую ткань инсулин и гормон роста – антагонисты: инсулин стимулирует синтез жира (липогенез) и тормозит липолиз, а гормон роста, наоборот, стимулирует липолиз.
• Кортизол и инсулин. В действии на синтез гликогена в печени и мышцах кортизол и инсулин – синергисты, а по действию на метаболизм белка инсулин и кортизол – антагонисты: инсулин стимулирует синтез белка, кортизол же стимулирует катаболизм белка.
• Катехоламины и кортизол. Оба гормона оказывают синергичное действие на глюконеогенез в печени, оба стимулируют синтез глюкозы в печени из аминокислот, но на синтез гликогена в печени гормоны оказывают антагонистическое действие: кортизол стимулирует синтез гликогена, а катехоламины вызывают гликогенолиз (распад гликогена до глюкозы).
→ Рецепторы гормонов
Гормоны начинают осуществлять свою функцию через связывание со специфическим, единственным для данного гормона, рецептором клетки. Рецептор высокочувствителен к своему гормону, он узнает его из миллиона окружающих частиц. Выделяют две группы рецепторов по их расположению: на наружной поверхности мембраны клетки; рецепторы внутри клетки – в цитоплазме или ядре.
Рецепторы на поверхности клетки
Рецепторы, которые расположены на поверхности клетки, связывают белковые и пептидные гормоны, катехоламины, простагландины и т. д. Эти рецепторы по строению – пептиды и проходят через мембрану в цитоплазму клетки. Они могут состоять из разного количества субъединиц. Информация от гормона к связанному с ним рецептору передается трансмембранно с нуклеотидсвязывающим G-протеином и другими протеинами, которые регулируют процесс либо образования, либо торможения второго мессенджера – цАМФ (циклический аденозинмонофосфат) или цГМФ (циклический гуанидинмонофосфат). Под влиянием сигнала с гормона через рецептор внутри клетки (при участии цАМФ и цГМФ) активируется тирозинкиназа, которая стимулирует энзимы, синтез белка и осуществляет эффекты данного гормона.
Пример
• Рецептор инсулина в периферических тканях состоит из двух субъединиц: α-субъединица находится на наружной поверхности клетки, β-субъединица – в цитоплазме клетки. Инсулин занимает α-субъединицу, и сигнал через β-субъединицу приводит к образованию цГМФ и протеинкиназы. В результате активируются транспортные белки для глюкозы, которые переносят глюкозу в клетку, увеличивается проницаемость клеточных мембран для глюкозы, аминокислот, калия, активируется синтез гликогена – это ведет к образованию гликогена в клетках печени и мышцах, мышечного белка, в жировой ткани увеличивается синтез жира. То есть осуществляются функция и эффекты инсулина: утилизация глюкозы тканями, синтез белка, гликогена, жира.
Рецепторы в ядре клетки
Рецепторы внутри клетки связываются со стероидными гормонами, тиреоидными гормонами, витамином D3, ретиноидами. Структура и функция ядерных рецепторов – за исключением некоторых различий в деталях их действия – подобна таковым у рецепторов на клеточной поверхности. Гормонрецепторный комплекс стимулирует в ядре специфический ген (гены) или, наоборот, репрессирует его. С активированного специфического гена, отвечающего за ту или иную функцию данного гормона, мессенджеры рибонуклеиновой кислоты снимают информацию и передают ее в цитоплазму клетки для активации рибосомами соответствующих энзимов и осуществления эффекта данного гормона.
Пример
• Под воздействием кортизола активируются гены, которые передают в цитоплазму клетки информацию, приводящую к развитию эффектов кортизола, в частности к синтезу глюкозы и гликогена в печени, катаболизму белковой ткани, подавлению активности иммунной системы.
Специфичность рецептора для одного-единственного гормона подтверждается следующими наблюдениями. В коре надпочечников, помимо глюкокортикоидов и минералокортикоидов, синтезируется прогестерон, 17-гидроксипрогестерон, тестостерон, эстрогены, то есть половые гормоны. Эти гормоны синтезируются и в половых железах под влиянием тех же энзимов. Однако для синтеза половых гормонов в надпочечнике необходима стимуляция адренокортикотропным гормоном (АКТГ), а в яичнике – стимуляция фолликулостимулирующим (ФСГ) и лютеинизирующим (ЛГ) гормонами. Это доказывает специфичность рецепторов, которые связывают только один, свой, гормон.
Исключение составляют рецепторы кортизола и альдостерона. Их рецепторы находятся в ядрах клеток эффекторных органов и являются общими для обоих гормонов. Концентрация кортизола в сыворотке крови в 100 раз выше, чем альдостерона, он мог бы занять и рецепторы альдостерона в его эффекторных органах – главным образом в почке. Но природа предусмотрела это: именно в местах действия альдостерона есть энзим, который инактивирует кортизол, превращая его в неактивный кортизол, и рецептор становится свободен для альдостерона.
