Роль гормонов в поддержании гомеостаза организма
III. Эндокринная система и гомеостаз
Гомеостаз и возможные пути его реализации в эндокринной системе
Гомеостаз представляет собой процесс саморегуляции организма как целостной системы (Анохин П. К., 1962). Способность к гомеостазу предопределяет существование регулирующего и координирующего центра, связанного с регулируемыми эффекторными органами и системами реципрокными взаимоотношениями. Поэтому для понимания механизмов гомеостаза необходимо учитывать способы регуляции функций как нарушаемых действием повреждающего агента, так и вовлекаемых в реакцию противодействия и компенсации. При этом необходимо иметь в виду, что регуляция любой функции организма не может быть обеспечена влиянием какого-либо одного активирующего механизма, так как состояние и функциональная деятельность всякого органа определяются взаимоотношением противоположных влияний возбуждающих (активирующих) и ослабляющих (ингибирующих) факторов (Алешин Б. В., 1979). Поэтому гомеостаз следует рассматривать как поддержание динамического равновесия между антагонистически действующими регуляторными механизмами. Тем самым как в регуляции каждой частной функции организма, так и в возникновении гомеостатических реакций, обеспечивающих сохранение или восстановление уравновешенного состояния всего организма, проявляется всеобщий закон борьбы и единства противоположностей.
Гипотеза антигормонов (гормоны как антигены)
Если бы нарушение гормонального равновесия организма было обусловлено избыточной продукцией какого-либо гормона, то сохранение гомеостаза требовало бы нейтрализации или компенсации этого избытка. Вскоре после того как были открыты кринотропные гормоны передней доли гипофиза и началось их применение в эксперименте и клинике, было установлено, что после нескольких введений данных активаторов соответствующие периферические эндокринные железы становятся рефрактерными, т. е. их реактивность ослабляется или даже прекращается. Так, введение морской свинке тиротропина, полученного из бычьих или овечьих гипофизов, первоначально вызывает весьма интенсивное возбуждение щитовидной железы, пропорциональное вводимой дозе гормона, но после 7-10 повторных введений этот эффект ослабевает. Для преодоления развивающейся рефрактерности стимулируемой железы необходимо применение возрастающих доз гетерогенного гормона.
Учитывая чужеродное происхождение вводимого гормона, причину развивающейся рефрактерности первоначально рассматривали как результат иммунной реакции между антигеном и антителом. Поскольку аденогипофизарные гормоны по своей природе являются белками (гликопротеидами или полипептидами), то в организме гетерогенного реципиента они могут оказаться антигенами, по отношению к которым должна возникать стандартная иммунная реакция с образованием специфических антител. Последние, связывая вводимый чужеродный гормон, нейтрализуют эффект последнего. Подобные антитела получили наименование антигормонов, и чрезмерно широкая интерпретация результатов этих наблюдений привела к формулированию «гипотезы антигормонов», согласно которой образованию антител приписывается значение физиологического механизма, предохраняющего организм от избыточного поступления в него того или много гормона (Кабак Я. М., 1947; Collip J. В., 1935).
Действительно, в результате иммунизации природными белковыми гормонами или экстрактами из чужеродных эндокринных желез в крови реципиентов появляются соответствующие антитела, которые, будучи введены донорам, вступают в избирательное взаимодействие с антигенами. Таким путем могут быть получены специфические антисыворотки, подавляющие образование гормона-антигена или оказывающие цитологическое действие на железу, ткань которой использована для иммунизации реципиента. Так, например, введение чужеродного соматотропина вследствие его высокой видовой специфичности не отражается у реципиента на процессе роста, но тем не менее вызывает образование соответствующего антитела. Введение же этой антисоматотропной сыворотки донору связывает или инактивирует у последнего его соматотропный гормон. Иммунизация чужеродным тиреоглобулином приводит к образованию антисыворотки, которая угнетает деятельность щитовидной железы донора. На этом принципе основаны методы радиоиммунологического определения гормонов, отличающиеся высокой специфичностью и чувствительностью и именно поэтому получившие широкое распространение в современной экспериментальной и клинической эндокринологии. Те же закономерности используются в иммуногистохимических методиках, позволяющих с большой точностью устанавливать локализацию клеток, продуцирующих изучаемый гормон-антиген.
Следовательно, возникновение антител к вводимому гетерогенному белковому гормону вполне возможно. Однако опыт клиники, широко применяющей гормональные препараты гетерогенного происхождения (как правило, они вводятся больным в продолжение многих месяцев или лет) без развития признаков рефрактерности, указывает на существенное значение степени развивающейся реакции. Так, в эксперименте чужеродным инсулином удается вызвать выработку эффективной антиинсулиновой сыворотки. Введенная интактному реципиенту, она блокирует у него выработку эндогенного инсулина. Казалось бы, при применении гетерогенного инсулина в лечебных целях в организме пациентов тоже должна наступать аналогичная иммунная реакция с образованием антитела к инсулину, но на самом деле лишь в единичных случаях данный иммунный процесс достигает такой степени, при которой введение инсулина перестает оказывать действие на уровень сахара в крови и больной становится «инсулинорезистентным». По-видимому, при применении других гетерогенных гормонов антитела к ним если и возникают, то в количествах, недостаточных для выраженного связывания вводимого гормона.
Если образование антител к гетерогенным гормонам принципиально возможно, но не приобретает существенного значения, то несравненно более эффективными оказываются иммунные реакции, возникающие в организме в тех случаях, когда молекулярная структура собственного гормона под влиянием тех или иных патогенетических агентов претерпевает изменение, не лишающее гормон его физиологической специфичности. В результате такой модифицированный гормон становится для организма антигеном (аутоантигеном). Чаще таким патологическим модификациям подвергаются пластические белки или липопротеины, входящие в состав клеток тех или иных тканей или органов (в том числе эндокринных желез). На такие аутоантигены в организме начинается образование аутоантител, органотропных по отношению к конкретным клеткам, развивается аутоиммунный патологический процесс. В эндокринной системе аутоиммунные процессы лежат в основе ряда тяжелых хронических заболеваний, таких как тиреотоксикоз или болезнь Грейвса-Базедова, аутоиммунный тиреоидит или болезнь Хашимото, некоторые формы сахарного диабета и аддисоновой болезни, болезнь Иценко-Кушинга.
Формы гомеостаза в эндокринной системе
Эндокринный гомеостаз можно охарактеризовать как сохранение (или восстановление) равновесия между концентрацией гормона, находящегося в циркуляции, и напряжением секреторной активности железы, продуцирующей этот гормон. Другими словами, поддержание эндокринного постоянства предполагает, что в случаях возрастания концентрации того или иного гормона в крови сверх нормального значения деятельность железы, его продуцирующей, должна ослабляться и, наоборот, должна усиливаться, если уровень гормона этой железы в крови оказывается ниже потребностей организма.
Наиболее частой причиной недостаточности того или иного гормона является уменьшение его выработки вследствие расстройства процессов биосинтеза либо в результате уменьшения поступления в железу тех исходных материалов, из которых синтезируется данный гормон (например, уменьшение продукции тиреоидного гормона в условиях пониженного поступления йода из внешней среды, как это имеет место в очагах зобной эндемии). Однако организм может испытывать недостаточность в каком-либо гормоне и при уменьшении способности эффекторов реагировать на этот гормон или же в случаях повышения потребности в нем организма. Например, при тиреотоксикозе продукция и секреция глюкокортикоидных гормонов корой надпочечника увеличиваются, но потребность организма в этих кортикостероидах возрастает настолько, что наступившее увеличение не покрывает ее полностью. Причиной недостаточности гормона может быть нарушение его переноса с током крови. Многие гормоны, поступив в кровь, вступают во временную связь со специальными транспортными белками и становятся активными только после высвобождения из этой связи. Следовательно, снабжение организма данным гормоном в известной степени зависит от прочности последней.
Во всех указанных обстоятельствах для компенсации недостаточности гормона и восстановления эндокринного равновесия требуется соответствующее увеличение секреторной деятельности железы. Следовательно, компенсаторной реакцией оказывается возбуждение регуляторных механизмов, стимулирующих функциональную активность конкретной эндокринной железы. Компенсация избытка гормона более сложна. Если причиной избытка является не введение экзогенного гормона, а гиперфункция соответствующей собственной железы, то антител к эндогенным гормонам, естественно, не образуется (если их молекулы не претерпевают таких изменений, в результате которых они приобретают свойства аутоантигенов). Следовательно, должны быть другие способы компенсации. Среди них намечаются три основные возможности. Так, иногда секреторная активность эндокринной железы ослабляется прямым влиянием на нее избытка циркулирующего собственного гормона. Чаще компенсаторное уменьшение активности гиперфункционирующей эндокринной железы достигается действием избытка гормона не непосредственно на нее, а на механизмы, стимулирующие деятельность железы. Вторичным следствием угнетения этих механизмов оказывается ослабление функциональной активности данной гормонпродуцирующей железы. Наконец, избыточное действие какого-либо гормона может компенсироваться в результате возникновения в организме антагонистических реакций, т. е. возбуждения других эндокринных желез, гормоны которых оказывают на организм действие, противоположное тому, что имело место вследствие первичного нарушения (например, усиления) деятельности железы.
В последующих разделах будет показано, что некоторые гормоны составляют своего рода антагонистические пары, так как оказывают на организм взаимно противоположное действие. В качестве примера таких антагонистов можно назвать инсулин и глюкагон (а также ряд контринсулярных гормонов), из которых первый понижает, а второй повышает уровень сахара в крови; паратирин (паратиреоидный гормон), оказывающий гиперкальциемизирующее действие, и кальцитонин (тиреокальцитонин), уменьшающий содержание кальция в крови; аденогипофизотропные гормоны подбугорья; либерины и статины; глюкокортикоиды и минералокортикоиды коры надпочечников, а также андрогены и эстрогены.
Иногда такие антагонистически действующие гормоны (т. е. вызывающие взаимно противоположные эффекты в организме) называют антигормонами. В эту группу нередко включают искусственные дериваты гормонов или негормональные синтетические вещества, ингибирующие действие соответствующего гормона. В некоторых случаях такими ингибиторами оказываются производные естественного гормона, потерявшие гормональную активность в результате химической перестройки его молекулы, но сохранившие способность связываться в рецепторами данного гормона в клетках регулируемого органа (клетках-мишенях). Таковы, например, синтетические антиандрогены и антиэстрогены.
Однако называть такие вещества антигормонами едва ли оправдано, так как этот термин был предложен в свое время для антител к экзогенным гормонам, а вещества, упомянутые выше, к антителам не принадлежат. Поэтому гормоны, оказывающие на организм противоположное действие, следует называть не антигормонами, а гормонами-антагонистами, тогда как негормональные вещества, ингибирующие действие того или иного гормона, — антагонистами к данному гормону.
Вместе с тем через рецепторы, находящиеся в составе поверхностных мембран клеток-мишеней, реализуется стимулирующее или ингибирующее влияние гормонов, регулирующих данный эффекторный орган или систему. Рецептор, воспринимая гормон, с другой стороны вступает во временный контакт с системами аденилатциклаза — циклический аденозинмонофосфат, или гуанилатциклаза — цГМФ, чем пускается в ход цепь ферментных реакций, приводящих к возбуждению или угнетению функциональной активности реагирующей клетки-мишени. Но если с рецепторами к гормону, действующему на данный эффектор, могут вступать в связь другие вещества и тем самым блокировать действие этого гормона, то допустимо предположить возможность аналогичного связывания данных рецепторов с веществами, которые способны активировать аденилатциклазную или гуанилатциклазную систему и тем самым вызвать в клетке-мишени такую же реакцию, как и специфический гормон, т. е. миметировать действие последнего. Так, активацию щитовидной железы может вызвать не только тиреотропный гормон гипофиза, но и тиреостимулирующие аутоантитела, в частности ДДТС, или LATS (длительно действующий тиреостимулятор), и ДДТС-протектор, возникающие как иммуноглобулины класса IgG в ходе аутоиммунного процесса, приводящего к развитию тиреотоксикоза. Одинаковый эффект столь различных агентов обусловлен тем, что ДДТС воспринимается тем же рецептором в мембране тиреоцитов, который специфичен для аденогипофизарного тиреотропина.
Другим аналогичным примером может служить реакция щитовидной железы на избыток тиреоидного гормона в организме. Выше уже упоминалось, что компенсаторной реакцией в данных обстоятельствах оказывается ослабление функциональной активности щитовидной железы. Физиологическое значение тиреоидного гормона заключается в том, что он активирует процессы метаболизма. Но если интенсивность метаболизма увеличить действием не тиреоидного гормона, а каких-либо экстратиреоидных факторов (например, динитрофенола или некоторых бактериальных пирогенных токсинов), то функциональная активность щитовидной железы ослабляется так же, как если бы повышение обмена было вызвано избытком тиреоидного гормона. При этом гипофункция щитовидной железы развивается тем интенсивнее, чем сильнее повышается основной обмен, стимулированный экстратиреоидными факторами. В данных обстоятельствах ослабление функциональной активности щитовидной железы наступает, несмотря на низкий уровень тиреоидного гормона в крови.
Приведенные примеры показывают, что гомеостатическое уравновешивание функциональной активности щитовидной железы определяется не столько концентрацией ее гормона, поступившего в организм, сколько степенью тех нарушений общего состояния организма, которые вызываются действием других факторов, хотя и не эндокринных.
Эта форма регуляции (непосредственное влияние на эндокринную железу тех эффектов, которые определяются действием не гормона) особенно отчетливо проявляется в поддержании гомеостатического постоянства концентрации сахара и кальция в крови. Как будет показано выше, эндокринные клетки панкреатических островков своими гормонами (инсулином и глгокагоном) регулируют степень гликемии, а их секреторная активность испытывает непосредственную зависимость от избытка или недостатка сахара, находящегося в крови. Те же соотношения свойственны регуляции околощитовидных желез и К-клеток (С-клеток) щитовидной железы, гормоны которых совместным действием поддерживают гомеостатическое постоянство концентрации кальция в крови и которые в то же время сами регулируются количеством кальция, приносимого к ним кровью.
Таким образом, формулировка J. W. Harris о гомеостазе в эндокринной системе как о соответствии напряжения функциональной деятельности данной инкреторной железы количеству ее гормона, находящегося в циркуляции, должна быть дополнена тем, что гомеостатическое равновесие секреторной активности эндокринной железы устанавливается с интенсивностью эффектов, вызываемых в организме действием этого гормона.
Значение подбугорной области
Высшим центром регуляции эндокринных функций, а также объединения нервных и эндокринных регуляторных механизмов в общую нейроэндокринную систему является подбугорье, которому принадлежит основное значение в организации адаптационно-компенсаторных реакций, обеспечивающих гомеостаз. Различие в регуляторном значении между нервной и эндокринной системами можно усматривать в том, что влияние нервных импульсов характеризуется быстротой наступления вызываемой реакции, ее строгой локализацией и кратковременностью возникающих эффектов, тогда как действие гормонов, разносимых по телу с током крови, может проявляться диффузно и длительно. Поэтому гормональные влияния преобладают в регуляции таких общих висцеральных функций организма, как обмен веществ, соматический рост, репродуктивные функции. Вместе с тем участие гормональных факторов прослеживается в регуляции даже таких функций организма, как деятельность нервной системы и ее высших отделов.
Способность подбугорья координировать нервные и гормональные механизмы регуляции висцеральных функций обусловливается тем, что он образован сочетанием нейронов обычного типа и нейросекреторных клеток.
Нервные клетки вообще способны к секреторной деятельности, проявляющейся не только выработкой и выделением медиаторов, которыми осуществляется передача нервного импульса с нейрона на эффектор или с нейрона на другой нейрон, но и синтезом белковых продуктов (De Robertis Е., 1964; Smith A. D., 1971). У большинства нейроцитов белковые гранулы оказываются носительницами, на которых аккумулируются медиаторы. Если же способность к белковому синтезу становится доминирующей функцией нейроцита, то белковые гранулы накапливаются в перикарионах и терминалях аксонов в качестве нейросекрета. В ряде случаев эти пррдукты белкового синтеза, выделяясь из нейроцитов в лимфу и кровь, обнаруживают способность активировать или ингибировать другие органы или функции организма, следовательно, приобретают значение гормонов (нейрогормонов), а исходная нервная клетка специализируется в нейросекреторную (Алешин Б. В., 1974, 1976). Нейросекреторные клетки, будучи по своей природе нервными, сохраняют способность воспринимать афферентные сигналы, получаемые ими от других отделов нервной системы, но посылают свои эфферентные импульсы гуморально в виде нейрогормонов. Таким образом, нейросекреторные клетки трансформируют начальный нервный импульс в гормональное звено, которым обеспечивается дальнейший перенос эфферентного сигнала к эффектору (Scharrer Е., Scharrer В., 1954; Scharrer Е., 1965). Преимущественное сосредоточение нейросекреторных клеток в подбугорье связано с тем, что висцеральные функции, контролируемые подбугорьем, протекают длительно или непрерывно, а потому их регуляция тоже должна быть продолжительной, что и обеспечивается гормонами. Вместе с тем наличие нейросекреторных клеток в подбугорье делает возможной интеграцию нервных и гормональных механизмов регуляции, поэтому на уровне подбугорной области организуются наиболее сложные гомеостатические реакции, в осуществление которых вовлекаются совместно как нервные, так и многие эндокринные функции.
Нейросекреторные образования подбугорной области
Подбугорная область связана с гипофизом в единый функциональный комплекс. Разъединение этой связи (например, перерезка гипофизарной ножки или трансплантация гипофиза из турецкого седла в другое место тела) влечет за собой резкое ослабление или даже прекращение гормонообразовательной деятельности гипофиза. В этом комплексе подбугорной области принадлежит регулирующая роль, а гипофиз оказывается эффекторным органом, реализующим влияние подбугорья на некоторые периферические эндокринные железы. Зависимость гипофиза (точнее, аденогипофиза) от подбугорья имеет гуморальный характер и осуществляется специфическими аденогипофизотропными гормонами, секретируемыми подбугорьем и переносимыми с током портальной крови в паренхиму аденогипофиза.
Первоначально все нейросекреторные функции подбугорья приписывались общей гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системе, или ГГНС (Поленов A. Л., 1968). Однако данные многочисленных экспериментальных биохимических и нейрофармакологических исследований показали, что в подбугорно-гипофизарном комплексе следует различать две относительно обособленные системы — подбугорно-нейрогипофизарную и подбугорно-аденогипофизарную (Алешин Б. В., 1974, 1979; Aleshin В. V., 1978). Это расчленение наиболее выражено у млекопитающих, но может быть прослежено и у других позвоночных.
Указанная двойственность подбугорно-гипофизарного комплекса есть следствие расчленения висцеральной (вегетативной) нервной системы на парасимпатический и симпатический отделы. Хотя в подбугорной области не выявляется отчетливой анатомической границы между его областями, контролирующими парасимпатический и симпатический отделы висцеральной нервной системы, функциональное различие между парасимпатической («трофотропной») зоной, занимающей переднюю часть подбугорья, и симпатической («эрготропной») зоной, захватывающей его медиобазальную и заднюю части, намечается достаточно отчетливо.
Одни нейросекреторные клетки локализуются в передней части подбугорья и составляют у высших позвоночных супраоптическое и паравентрикулярное ядра. Они развиваются из парасимпатических нейробластов и сохраняют свою холинергическую природу (Макарченко А. Ф. и др., 1971; Приймак Э. X., Хайош Ф., 1971; Jacobowitz D. М., Palkovits М., 1974). Благодаря интенсивной окрашиваемости на гистологических препаратах по методам Гомори эти нейросекреторные клетки обычно называют Гомори-положительными. Они заполнены крупными гранулами белкового нейросекрета, которые по аксонам перемещаются в заднюю долю гипофиза, где аккумулируются в виде так называемых телец Херринга. Гомори-положительные клетки супраоптического и паравентрикулярного ядер продуцируют вазопрессин (антидиуретический гормон) и окситоцин (оцитоцин). Поскольку Гомори-положительные клетки переднего подбугорья по своему происхождению принадлежат к парасимпатическим, а вырабатываемые ими нейрогормоны являются белковыми (нонапептидами), эти нейроны подбугорья могут быть охарактеризованы как пептидо-холинергические (Алешин Б. В., 1976, 1978).
Секреция аденогипофизотропных гормонов (олигопептидов по химической природе) у млекопитающих осуществляется мелкими нейросекреторными клетками медиобазального подбугорья, которые локализуются преимущественно в туберальных ядрах (аркуатном, вентромедиальном и, возможно, дорсомедиальном), а также в перивентрикулярном сером веществе, окаймляющем III желудочек. Секреты этих клеток представляют собою видоизмененные адренергические гормоны, которые можно охарактеризовать как пептидоадренергические (Алешин Б. В., 1976, 1978). Аксоны нейросекреторных клеток направляются в медиальную эминенцию, где заканчиваются на петлях первичной капиллярной сети портальной системы кровообращения, по которой кровь и аденогипофизарные гормоны поступают от подбугорья к аденогипофизу.
Нейросекреторные клетки возникают не из всех холинергических и адренергических нейробластов подбугорья. Из других нейробластов развиваются парасимпатические и адренергические нейроны обычного типа, аксоны которых формируют либо внутригипоталамические нервные связи, либо нисходящие эфферентные пути за пределами подбугорья. Таким образом, регулирующие импульсы, посылаемые как передним, так и медиобазальным подбугорьем, могут достигать эффекторов (в том числе и периферических эндокринных желез) либо гуморально через посредство гормонов нейросекреторных клеток, либо нисходящими нервными путями (рис. 9).
Литература [показать]
Источник статьи: http://bono-esse.ru/blizzard/A/Fiziologija/Gomeostaz/Gomeostaz_end_sisteme.html
Гомеостаз роль гормонов при гомеостазе
Гормональные нарушения
Рубрики
Гормональный гомеостаз
Организм человека — функциональная система, которая саморегулируется и тесно связана с влиянием различных факторов окружающей среды. Для обеспечения адекватного приспособления к условиям среды, которые постоянно изменяются, необходимы эндогенные сигналы. В их роли выступают разнообразные биорегуляторы — гормоны, нейротрансмиттеры (нейромедиаторы), аутокоиды (биологические сигнальные молекулы местного действия, местные гормоны), ионы, субстраты, антитела.
Эндокринология — наука о гормонах, железах, которые их производят, тканях, на которые они влияют, а также об эндокринной регуляции и её нарушениях.
Гормоны — органические сигнальные молекулы системного действия, которые распознаются рецепторами и влияют на экспрессию генов и активность ферментов в клетках-мишенях на расстоянии от места своей продукции.
На сегодня известны около 100 гормонов, которые распределяют на три основные группы:
Пептидные гормоны образуются по схеме: препрогормон – прогормон — активный гормон.
Стероидные гормоны, для которых сырьем является холестерин, формируются путем отделения в алифатической боковой цепи, гидроксилирования, дегидрирования или ароматизации А-кольца с участием многочисленных ферментов. Стероиды чаще секретируются в готовом виде в отличие от пептидов.
Производные аминокислот — например тирозина — гидроксилируются и декарбоксилируются в свободном виде (при биосинтезе катехоламинов и дофамина) или связывают тирозиновые остатки (во время биосинтеза тиреоидных гормонов).
Продуцируются гормоны в организме периодически, по потребности в них, и сохраняются в той или иной степени. Некоторые гормоны высвобождаются в кровь постоянным потоком, который меняется по своей интенсивности ( паратгормон , пролактин , гормоны щитовидной железы ), другие секретируются только импульсно ( АКТГ , соматотропный гормон СТГ , гонадотропины ФСГ и ЛГ , стероиды). Особенностью инсулина является то, что он сочетает пульсовой и постоянный режимы высвобождения. Следует заметить, что потеря импульсного характера секреции гормонов без изменения количественного и качественного их состава способно привести к формированию клинических признаков эндокринопатии.
В долговременном отношении высвобождение гормонов в кровь подчиняется установленным биоритмам. Секреция большинства гормонов повышена в ранние утренние часы. Однако, максимальная секреция пролактина происходит во время сна, соматотропного гормона — в период засыпания. Максимум стимуляторов кортикостероидогенеза приходится на ранние утренние часы (7-8 часов), а минимум — на вечер (20 часов).
Также имеются и сезонные колебания концентрации гормонов. Так, концентрация тиреоидных и половых гормонов повышается на полную луну. От уровня общего освещения зависит секреция серотонина и мелатонина , кортиколиберина.
Транспорт гормонов осуществляется с током крови, лимфы и межклеточной жидкости. После секреции гормоны попадают в равновесную систему, где концентрация свободного и связанного биорегулятора соотносятся между собой и зависят от баланса скорости поступления \ вывода гормона из крови, а также от количества и аффинности белка-транспортера. Гормоны быстро разрушаются, но постоянно синтезируются. Так что и находятся у здоровых лиц в гомеостатическом равновесии. Таким образом, концентрация гормонов в крови — показатель равновесный и динамический.
В клинической практике вывод о гормональном гомеостазе делают по концентрации гормонов в биологических жидкостях, которую определяют с помощью иммуноферментных, иммунохемилюминесцентных или радиоиммунных методов.
Деградация и инактивация гормонов происходит в тканях-эффекторах, а также в печени или почках, продукты разрушения выделяются основной степени с мочой или желчью.
Ведущий путь инактивации пептидных гормонов — протеолиз. Гормоны тирозинового происхождения инактивируются специальными ферментами (например, катехоламины ( адреналин, норадреналин , дофамин) распадаются под действием катехол-О-метилтрансферазы (КОМТ) и моноаминоксидазы (МАО) с образованием ванилилминдальной кислоты , метанефринов и норметанефринов , выделяемых с мочой). Тиреоидные гормоны дейодируются в тканях-мишенях, дезаминируются и деконденсируются в печени, а затем выводятся в кишечник с желчью. Стероиды в печени подвергаются специфическому гидроксилированию и выводятся преимущественно с мочой ( 17-КС и 17-ОКС ). Согласно с этим, концентрации дериватов гормонов используют в клинической практике с диагностической целью.
Роль гормонов в регуляции гомеостаза
Гормоны регулируют такие параметры гомеостаза:
концентрацию ионов: Na+, К+, Са2+ и других
концентрацию глюкозы в крови
осмотическое давление, объем воды в организме
другие параметры гомеостаза.
1.Гормоны, которые регулируют кальциевый гомеостаз: гормон паращитовидных желез паратирин (ПТГ), гормон С-клеток паращитвидной железы – кальцитонин, витамин Д3 — 1,25 (ОН)2 — холекальциферол (кальцитриол):
Концентрация ионов кальция в плазме крови является регулируемым параметром (РП) гомеостаза и обусловлена всасыванием его из пищеварительного канала, экскрецией почками, резорбцией из костей (деминерализация) или поступлением в костные ткани (реминерализация);
Баланс кальция поддерживается благодаря соответствию величин всасывания кальция в пищеварительном канале и его экскрецией почками.
Регуляция концентрации кальция и фосфатов в крови происходит благодаря действию гормонов на клетки-мишени.
Положительный кальциевый баланс — когда всасывание кальция превышает его экскрецию почками, он имеет место в организме детей, которые растут, и кальций идет на формирование костей;
Отрицательный кальциевый баланс — когда экскреция преобладает над всасыванием, имеет место во время беременности и лактации у женщин, и тогда постоянство концентрации ионов кальция поддерживается благодаря резорбции его из костей.
Роль Са2+ в физиологичных процессах:
Са2+ принимает участие в коагуляционном гемостазе (свертывании крови при повреждении сосудов).
Са2+ контролирует развитие процесса возбуждения на мембранах нервных и мышечных клеток:
Мембраны имеют специфические Са2+- каналы.
При возбуждении Са2+ входит в клетку через раскрытые ворота Са2+-каналов по градиентом концентрации.
При уменьшении концентрации Са2+ в плазме (гипокальциемии) увеличивается проницаемость мембран клеток к ионам Nа+, следствием этого является спонтанная генерация ими ПД и развитие тетануса в мышечных волокнах (спазм мышц кисти — «рука акушера», спазм гортани). Тетанус возникает при уменьшении концентрации Са2+в плазме на 35%.
Са2+ необходим для сокращения мышц: сопряжения процессов возбуждения и сокращения.
Са2+ необходим для процессов секреции клетками
эндокринных желез — гормонов
экзокринных желез — секретов
выделения нейромедиаторов нервными терминалями в синапсах.
Са2+ необходим для образования костей, зубов.
1.2 Распределение Са2+ в организме:
В них находится более чем 90% Са2+ в организме — 1000 г, во внеклеточном пространстве — около 1 г.
Са2+ в костях находится в виде кристаллов солей — гидроксиаппатитов
Са10 (РО4)6 (ОН)2. В костях находится около 80% фосфатов организма.
Концентрация Са2+ в плазме составляет 2,5 ммоль/л.
В ионизированном состоянии находится 50% Са2+ — 1,25 ммоль/л.
Около 40% Са2+ соединяется с белками плазмы.
Почти 10% Са2+ — образуют соединения с НРО42-, НСО3-, цитратами плазмы или внеклеточной жидкости.
С едой за день поступает 1000 мг Са2+, в пищеварительном канале всасывается 350 мг, но секретируется с пищеварительными соками — 250 мг, то есть поступает в плазму крови только 100 мг.
Из пищеварительного канала выводится с фекалиями 900 мг Са2+, с мочой — 100 мг, так поддерживается баланс Са2+.
1.4 Клеточные аспекты образования костей и баланс Са2+.
Костная ткань складывается на 30% из органического матрикса, а на 70% — из солей.
До 90% органического матрикса составляет коллаген, остальное — межклеточная жидкость, протеогликаны (хондроитинсульфат), гиалуроновая кислота, которые способствуют вместе образованию солей кальция.
Коллаген придает костям прочность на изгиб, а кристаллы солей — к сдавленнию (компрессии).
Костная ткань имеет клетки, которые окружены внеклеточным матриксом:
Остеобласты — высокодифференцированные клетки, которые выполняют костеобразующую функцию и расположены на костеобразующей поверхности.
а)синтезируют и секретируют коллаген
б)содержат активную щелочную фосфатазу
в)образуются из мезенхимы костного мозга;
Остеоциты — это остеобласты, которыми они становятся в зрелой кости, этих клеток в костях больше всего:
а)каждый остеоцит окружен собственной лакуной, каналикулярная система связывает между собой остеоцит с остеобластом;
б)остеоцит теряет способность к секреции колагена;
в)остеоциты имеют остеолитическую активность, которая стимулируется ПТГ, что приводит к высвобождению Са2+ из костного матрикса и перемещение его во внутреннюю среду организма.
Остеокласты — большие многоядерные клетки, которые имеют лизосомы и осуществляют резорбцию кости на ее поверхности:
а) содержат кислую фосфатазу:
б). стимулируются ПТГ и образуют молочную и гиалуроновую кислоты;
в). осуществляют резорбцию костей благодаря увеличению локально ионов водорода, поэтому происходит деминерализация костей и увеличивается активность ферментов, которые разрушают органический матрикс;
г) происходят из моноцитов
Схема контура регуляции концентрации ионов кальция во внутренней среде организма при участии ПТГ, кальцитонина, витамина D3: 1,25-(ОН)2 -холекальциферола (кальцитриола)
А.Паратирин (паратиреоидный гормон -ПТГ)
синтезируется и секретируется главными клетками паращитовидных желез
имеет важнейшее значение в регуляции кальциевого гомеостаза.
Регулируется по принципу отрицательной обратной связи: при уменьшении концентрации Са2+ в плазме крови увеличивается секреция ПТГ, следствием его действия на клетки мишени является увеличение концентрации кальция, что приводит к уменьшению секреции ПТГ;
Среднее уменьшение концентрации Mg2+ также стимулирует секрецию ПТГ, а значительное уменьшение — тормозит его секрецию
Вторичным посредником ПТГ для его секреции паращитовидными железами является ц АМФ.
ПТГ увеличивает в плазме крови концентрацию Са2+ и уменьшает концентрацию фосфатов путем:
резорбции костей и мобилизации из костной ткани Са2+ и фосфатов;
увеличения реабсорбции Са2+ и уменьшения реабсорбции фосфатов в канальцах нефрона;
образование в почках активной формы витамина D — 1,25 (ОН)2 -холекальциферола, благодаря которому увеличивается реабсорбция Са2+ в кишках.
Действие ПТГ на костную ткань:
Резорбция костей (остеолизис) и мобилизация Са2+ и фосфатов осуществляется благодаря таким механизмам:
а. Активируется остеоцит, который связан между собой и с остеобластом.
б. В остеоците активируются кальциевые насосы, которые откачивают Са2+ из костной жидкости в клетки, а это приводит к переходу его из аморфных кристаллов в костную жидкость. На противоположной стороне клетки Са2+ переходит во внеклеточную жидкость.
в. Активация остеокластов и образования новых остеокластов, которые осуществляют резорбцию костей.
Увеличивает реабсорбцию Са2+ в дистальных отделах нефрона.
Подавляет реабсорбцию фосфатов в проксимальных канальцах, что приводит к фосфатурии.
Стимулирует образование в почках активной формы витамина D — 1,25 (ВОН)2-холєкальціферола, благодаря которому увеличивается всасывание Са2+в кишках.
Действие ПТГ на тонкую кишку:
Увеличивается всасывание Са2+ и фосфатов под влиянием
способствует нормальной минерализации костей, поддерживая необходимую концентрацию Са2+ и фосфатов во внеклеточной жидкости
у детей недостаток витамина D приводит к возникновению рахита, а у взрослых — остеомаляции (уменьшение прочности костей)
Метаболизм витамина D: активная форма вітаміна D –
1,25-дігідроксіхолєкальціферол (кальцітріол), который образуется в почках под воздействием 1а-гідроксилази, которая активируется ПТГ.
1) Действие 1,25-дигидроксихолекальциферола на всасывание Са2+ в кишках
а)Увеличивает всасывание Са2+ в тонкой кишке путем:
увеличение синтеза кальций-связывающего белка в кишечном эпителии, что способствует транспорту Са2+ через апикальную мембрану энтероцита в клетку и переход его в кровь через базолатеральную мембрану путем облегченной диффузии;
увеличение кальций-стимулирующей АТФ-азы;
образование щелочной фосфатазы.
б) Увеличивает всасывание фосфатов в тонкой кишке не непосредственно, а благодаря увеличению всасывания Са2+.
Действие на костную ткань
Вместе с ПТГ увеличивает мобилизацию Са2+ и фосфатов из костей.
Антирахитическое действие предопределено увеличением всасывания Са2+ и фосфатов в тонкой кишке, что способствует его депозиції в костях.
Вместе с ПТГ способствует реабсорбции Са2+ в в дистальных канальцах нефрона.
Способствует реабсорбции НРО42- в проксимальних канальцах нефрона.
Секретуеться парафолікулярним С-клеткам щитовидной железы
Вызывает гіпокальціємію, действуя на клетки-мишени костей, кишки, почек.
При увеличении концентрации Са2+ в плазме стимулируется секреция кальцітоніну, при уменьшении концентрации Са2+ в плазме подавляется секреция этого гормона.
Секреция кальцітоніну стимулируется также гастрином, который секретується в кровь G-клетками пилорического отдела желудка.
Действие кальцитонину на костную ткань
Подавляет активность остеокласта и тем самым подавляет резорбцию костей.
Уменьшает образование нового остеокласта.
Уменьшает остеолитическую активность остеоцита.
Действие кальцітоніну связано из увеличения синтеза щелочной фосфатазы в остеобласте.
Действие кальцитонина на тонкую кишку
Тормозит моторику тонкой кишки и секрецию гастрина, но стимулирует секрецию кишечного сока.
Подавляет всасывание Са2+ и РО43- в голодной кишке.
Действие кальцітоніну на почки
Способствует экскреции почками Са2+, фосфатов Na+/
Подавляет активность 1а-гідроксилази, что приводит к уменьшению образования в почках 1,25 (ВОН)2-холєкальціферолу
Кальциевый гомеостаз и физиология зубов (для студентов стоматологического факультета)
Твердые ткани зуба (эмаль, цемент, дентин) содержат минеральные соли, которые преимущественно принадлежат к кристаллам гідроксіапатитів Са10(РО4)2(ВОН)2, а также гораздо меньше содержат солей карбоната и фторида кальция.
Постоянно происходит откладывание новых солей в обмен на выход из твердых тканей зуба старых солей, как и в костях, это касается прежде всего дентина и цемента и в меньшей мере — эмали. Процессы обмена солей, которые происходят в эмали, связанные с диффузией их из слюны. В эмали очень медленно происходят изменения минерального состава.
Скорость абсорбции и депозиції минеральных солей в цементе такая же, как и в костях челюстей, а в дентине составляет 1/3.
Цемент за строением наиболее походит на костную ткань, потому что имеет остеобласт и остеокласт.
При участии микрофлоры в ротовой полости при наличии углеводов образуется кислая среда, что способствует деминерализации зубов и развития кариеса.
Регуляция кальциевого гомеостаза обеспечивает нормальное состояние твердых тканей зубов, как и костей.
2.Гормоны, которые регулируют концентрацию глюкозы в крови· Постоянство концентрации глюкозы в крови регулируют гормоны островков Лангернанса поджелудочной железы : инсулин и глюкагон.
Организация эндокринной структуры поджелудочной железы:
-Островки Лангерганса имеют 4 типа клеток, среди которых альфа-клетки ,которые секретируют глюкагон; бэта-клетки, которые секретируют инсулин, дельта-клетки, которые секретируют соматостатин и гастрин, а также эндокринные клетки, которые секретируют панкреатические полипептиды; все клетки имеют связи.
— Кровь от альфа-клеток притекает по системе воротных сосудов к бэта- и дельта- клеткам, что обеспечивает быструю связь между ними.
— секретируется альфа-клетками островков Лангерганса;
— уменьшение концентрации глюкозы в крови стимулирует секрецию глюкагона.
— глюкагон действует только на клетки печени
— вторичным месенджером для глюкагона является ц АМФ
1) Глюкагон увеличивает концентрацию глюкозы в крови благодаря таким механизмам:
а) увеличивает гликогенолиз и предотвращает образование гликогена,
б) увеличивает глюконеогенез.
2) Глюкагон увеличивает концентрацию жирных кислот и кетонов в крови благодаря таким механизмам:
а) увеличивает липолиз, подавляет синтез жирных кислот, направляя субстраты для глюконеогенеза.
б) кетоны образуются из ацетил-коензима А при деградации жирных кислот.
3) Глюкагон увеличивает образование мочевины:
— аминокислоты используются для глюконеогенеза, следствием чего является включение аминогрупп в мочевину.
Регуляция секреции глюкагона
а. Уменьшение концентрации глюкозы влияет на аьфа-клетки, которые увеличивают секрецию глюкагона, что приводит к увеличению концентрации глюкозы и путем отрицательной обратной связи уменьшает секрецию глюкагона:
б. Увеличение секреции глюкагона происходит так же при увеличении концентрации аминокислот в крови (особенно аргинина), холецистокинина, катехоламинов, ацетилхоліна.
в. Уменьшение секреции глюкагона возникает при увеличении концентрации глюкозы в крови, инсулина. соматостатина, жирных кислот и кетонов.
— секретируется бэта-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы
1) Регуляция секреции инсулина
а) Секреция инсулина стимулируется увеличением концентрации глюкозы в крови.
Глюкоза должна метаболизироваться в бэта-клетках, чтобы стимулировать секрецию инсулина.
б) В мембранах бэта-клеток раскрываются ворота Са2+каналів, увеличивается вход кальция, что приводит к деполяризации бэта-клеток и увеличении секреции инсулина.
в) При увеличении концентрации инсулина в крови уменьшается концентрацию глюкозы в крови, что благодаря отрицательной обратной связи приводит к уменьшению секреции инсулина:
г) Увеличение концентрации инсулина в крови возникает также при увеличении в крови концентрации аминокислот (аргинина, лизина, лейцина), жирных кислот, а также некоторых гормонов (глюкагона, GIP, кортизола) и под воздействием ацетилхолина.
— это тетрамеры, которые имеют 2 альфа- и 2-бэта субъединицы. Бэта- субъединицы расположены в мембране клеток-мишеней и имеют тирозинкиназную активность. Когда инсулин связывается с бэта-субъединицами, тирозинкиназа фосфорилирует бэта-субъединице. Фосфорилированный рецептор потом фосфорилирует внутриклеточные белки:
комплекс рецептор инсулина входит в клетку.
є) Инсулин регулирует количество рецепторов — уменьшается количество рецепторов в клетках-мишенях при ожирении.
1) Уменьшает концентрацию глюкозы в крови благодаря таким механизмам:
(1) Увеличивается проницаемость мембран клеток для глюкозы — она входит в клетки;
(2) Способствует образованию из глюкозы гликогена в клетках печени, мышц и одновременно подавляет гликогенолиз;
(3) Уменьшает глюконеогенез.
2) Уменьшает концентрацию жирных кислот и кетонов в крови
(1) В жировых тканях инсулин стимулирует откладывание жира и подавляет липолиз;
(2) Образование кетонов уменьшается благодаря тому, что в печени тормозится деградация жирных кислот.
3)Уменьшает концентрацию аминокислот в крови:
Стимулирует вход аминокислот в клетку, синтез белков, тормозит распад белков.
Уменьшает концентрацию ионов К+ в крови: увеличивается вход ионов К+ в клетки.
4) При гипосекреции инсулина возникает сахарный диабет, что сопровождается
— гипотензией, в результате диуретического действия глюкозы и уменьшения объема циркулирующей крови
— метаболическим ацидозом в результате образования кетонов
Для студентов стоматологического факультета:
При недостаточном образовании инсулина бэта-клетками поджелудочной железы в ротовой полости имеются неспецифические проявления, что свзано с изменениями функций в организме, а именно:
отсутствие участия инсулина в процессах синтеза белков приводит к снижению защитных систем организма, уменьшению сопротивления инфекционным заболеванием, содействует развитию воспаления, в том числе и в ротовой полости;
гипергликемия приводит к увеличению концентрации глюкозы в первичной моче, превышение порога реабсорбции глюкозы в проксимальних канальцах нефрона, что приводит к гиперосмолярности моче и увеличению диуреза, следствием которого является дегидратация, возникновения жажды, сухости во рту (ксеротомия), что способствует повреждению слизистой оболочки, десен:;
общим проявлением изменений в сосудах микроциркуляторного русла является гиперемия слизистой оболочки ротовой полости, увеличение размеров языка, откладывание зубного камня, подвижность зубов, кровотечение из десен
Принимая во внимание отмеченное, врач-стоматолог врача может быть первым, что заподозрит гипофункцию бэта-клеток поджелудочной железы.
— секретируется дельта-клетками поджелудочной железы
— тормозит секрецию инсулина, глюкагона, гастрина, тормозит всасывание глюкозы в кишках
2. Гормоны, которые принимают участие в неспецифической адаптации к действию стрессовых факторов
2.1.Катехоламины принадлежат к дегидроксилованным феноловым аминам, производные L- тирозина:
образуются в мозговом слое надпочечников двумя типами хромафинных клеток, которые синтезируют: а) адреналин (80%), б) норадреналин (20%);
катехоламины сохраняются в гранулах хромафинных клеток, которые содержат также белки (дофамин-бэта-гидроксилазу), липиды и АТФ;
мозговой слой надпочечников иннервируется преганглионарными симпатическими нейронами от грудных сегментов спинного мозга (Т5 – Т9), которые образуют синапсы с хромафинными клетками. Хромафинные клетки не имеют аксонов и функционируют аналогично постганглионарным нейронам.
2.1.1. Регуляция секреции катехоламинов
Секреция катехоламинов осуществляется при активации преганглионарных симпатических нейронов, которые иннервируют хромафинные клетки, а также под воздействием ангиотензина ІІ, гистамина, брадикинина.
Медиатор преганглионарных симпатических волокон ацетилхолин вызывает деполяризацию хромафинных клеток, что приводит к входу ионов Са2+ в клетку и выделение катехоламинов путем экзоцитоза.
Активность симпато-адреналовой системы осуществляется благодаря действию любых стрессовых факторов, которые вызывают быструю приспособительную реакцию организма – первый этап неспецифической адаптации.
Опасность для организма, активные агрессивные состояния приводят к увеличению концентрации катехоламинов в крови.
Гипогликемия вызывает увеличение концентрации катехоламинов. Базальный уровень концентрации катехоламинов – 6-10-10/моль/л, во время гипогликемии – почти в 10 раз больше.
Ангиотензин ІІ потенцирует секрецию катехоламинов.
При постоянном увеличении концентрации катехоламинов в крови количество адренорецепторов увеличивается в клетках–мишенях и наоборот.
Регуляция функции висцеральных систем организма при участии катехоламинов такая же, как действие симпатической нервной системы при активации альфа- и бэта- адренорецепторов.
Чувствительность адренорецепторов к катехоламинам:
альфа-адренорецепторы почти одинаково чувствительны к норадреналину и адреналину;
бэта-адренорецепторы более чувствительны к адреналину, чем к норадреналину.
Изменения метаболизма под воздействием катехоламинов.
Адреналин вызывает гипергликемию путем:
стимуляции гликогенолиза в мышцах;
непосредственного угнетения секреции инсулина и активации секреции глюкагона;
стимуляции секреции АКТГ, под воздействием которого увеличивается выделение корой надпочечников кортизола, который вызывает глюконеогенез в печени;
уменьшение использования глюкозы клетками (в отличие от глюкагона);
уменьшение транспортировки глюкозы в клетки через мембраны в скелетных мышцах, миокарде, жировых клетках.
липолиз через активацию бэта-адренорецепторов мембран жировых клеток;
мобилизацию свободных жирных кислот из жировых клеток и транспорт их к печени, что способствует кетогенезу; в свою очередь, ацетоацетат и бэта-гидроксибутират транспортируются к периферическим тканям, где являются источниками энергии.
2.2. Гормоны коры надпочечников:
пучковая зона продуцирует преимущественно глюкокортикоиды – кортизол, который принимает участие в длительной неспецифической адаптации организма к действию стрессовых факторов;
ретикулярная зона преимущественно продуцирует андрогены – половые гормоны;
клубочковая зона преимущественно продуцирует минералокортикоиды – альдостерон, который также принимает участие в адаптации организма во время стресса;
гормоны коры надпочечников – это стероидные гормоны, предшественником для которых является прогестерон .Стероидные гормоны в клетках мишенях проходят через мембрану и образуют комплекс гормон-рецептор в цитоплазме.
2.2.1. Регуляция секреции глюкокортикоидов
Концентрация кортизола изменяется на протяжении суток (циркадный ритм): наименьшая концентрация – ночью (около 2 часов ночи), найбольшая концентрация – утром перед пробуждением
Кортиколиберин образуется в паравентрикулярних ядрах гипоталамуса и поступает с кровью к аденогипофизу, где стимулирует секрецию АКТГ (вторичный внутриклеточный посредник – 3,5 ц АМФ).
АКТГ стимулирует стероидогенез в пучковой и ретикулярной зонах надпочечников путем образования прегнонолона из холестерола. (вторичным посредником для АКТГ является 3,5-ц АМФ).
АКТГ влияет на собственные рецепторы в аденогипофизе, увеличивая их чувствительность.
Регулируемым параметром является концентрация кортизола, который путем обратной связи подавляет секрецию кортиколиберина в гипоталамусе и АКТГ – в аденогипофизе.
Схема регуляции секреции кортизола:
2.2.2. Действие глюкокортикоидов – кортизола
Концентрация кортизола в крови увеличивается в ответ на стресс, что приводит к реакции неспецифической адаптации организма, которое заключается в таких изменениях:
а) Стимуляции глюконеогенеза путем:
Увеличения катаболизма белков и уменьшения их синтеза благодаря транспортировке аминокислот к печени, где осуществляется глюконеогенез.
Уменьшения утилизации глюкозы и чувствительности жировой ткани к инсулину.
Увеличения липолиза, благодаря чему больше глицерола транспортируется к печени, где осуществляется глюконеогенез.
б) Противовоспалительного действия путем:
Индукции синтеза липокортина, который подавляет фосфолипазу А2, благодаря чему подавляется образование арахидоновой кислоты из фосфолипидов мембран – предшественника простагландинов и лейкотриенов, которые принимают участие в реакциях воспаления.
Угнетение образования ІЛ-2 и, тем самым, угнетение пролиферации лимфоцитов, что используется в клинической практике для предупреждения реакций отторжения при трансплантации.
Угнетение выхода гистамина и серотонина из тучных клеток и тромбоцитов
в) поддержка чувствительности гладких мышц сосудов к катехоламинам.
2.3. Регуляция секреции минералокортикоидов – альдостерона.
Концентрация альдостерона в крови увеличивается благодаря секреции альдостерона клубочковой зоной коры надпочечников при таких условиях:
При действии стрессовых факторов под влиянием АКТГ.
При секреции юкстагломерулярними клетками (ЮГК) в почках ренина, который обеспечивает образование из ангиотензиногену (альфа-2-глобулина плазмы) ангиотензина I, который под действием конвертирующего фермента (КФ) превращается в ангиотензин ІІ, а тот с кровью транспортируется к клубочковой зоне коры надпочечников, где стимулирует образование альдостерона – это основной механизм регуляции.
При уменьшении концентрации ионов Na+ в крови происходит непосредственная стимуляция секреции альдостерона.
При увеличенные концентрации ионов К+ в крови также непосредственно стимулируется секреция альдостерона.
Схема регуляции секреции альдостерона
2.3.1.Действие альдостерона на канальцевый эпителий дистального отдела нефрона
Альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов Na+ преимущественно в дистальном отделе нефрона благодаря увеличению синтеза белков в эпителии канальцев, следствием чего является увеличение количества натрий-калиевых насосов в базолатеральных мембранах клеток, которые и обеспечивают активный транспорт ионов натрия из клетки в кровь.
Увеличение реабсорбции ионов натрия приводит к увеличению реабсорбции воды в дистальном отделе нефрона, следствием чего является увеличение объема циркулирующей крови.
Альдостерон увеличивает одновременно секрецию ионов К+ в просвет канальцев благодаря увеличению количества натрий – калиевых насосов и увеличению количества натриевых каналов в апикальной мембране эпителия.
Альдостерон увеличивает секрецию ионов Н+ в просвет канальцев в обмен на транспорт ионов натрия в клетку, что является одним из механизмов регуляции кислотно-основного состояния крови.
Тема № 13. Гомеостаз, механизмы его регуляции.
Организм как открытая саморегулирующаяся система.
Живой организм – открытая система, имеющая связь с окружающей средой посредством нервной, пищеварительной, дыхательной, выделительной систем и др.
В процессе обмена веществ с пищей, водой, при газообмене в организм поступают разнообразные химические соединения, которые в организме подвергаются изменениям, входят в структуру организма, но не остаются постоянно. Усвоенные вещества распадаются, выделяют энергию, продукты распада удаляются во внешнюю среду. Разрушенная молекула заменяется новой и т.д.
Организм – открытая, динамичная система. В условиях непрерывно меняющейся среды организм поддерживает устойчивое состояние в течение определенного времени.
Понятие о гомеостазе. Общие закономерности гомеостаза живых систем.
Гомеостаз – свойство живого организма сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды. Гомеостаз выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций. Гомеостаз специфичен и обусловлен генотипом.
Сохранение целостности индивидуальных свойств организма один из наиболее общих биологических законов. Этот закон обеспечивается в вертикальном ряду поколений механизмами воспроизведения, а на протяжении жизни индивидуума – механизмами гомеостаза.
Явление гомеостаза представляет собой эволюционно выработанное, наследственно-закрепленное адаптационное свойство организма к обычным условиям окружающей среды. Однако эти условия могут кратковременно или длительно выходить за пределы нормы. В таких случаях явления адаптации характеризуются не только восстановлением обычных свойств внутренней среды, но и кратковременными изменениями функции (например, учащение ритма сердечной деятельности и увеличение частоты дыхательных движений при усиленной мышечной работе). Реакции гомеостаза могут быть направлены на:
поддержание известных уровней стационарного состояния;
устранение или ограничение действия вредностных факторов;
выработку или сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования. Все эти процессы и определяют адаптацию.
Поэтому понятие гомеостаза означает не только известное постоянство различных физиологических констант организма, но и включает процессы адаптации и координации физиологических процессов, обеспечивающих единство организма не только в норме, но и при изменяющихся условиях его существования.
Основные компоненты гомеостаза были определены К. Бернаром, и их можно разделить на три группы:
А. Вещества, обеспечивающие клеточные потребности:
Вещества, необходимые для образования энергии, для роста и восстановления – глюкоза, белки, жиры.
NaCl, Ca и другие неорганические вещества.
Б. Окружающие факторы, влияющие на клеточную активность:
Концентрация водородных ионов (рН).
В. Механизмы, обеспечивающие структурное и функциональное единство:
Принцип биологического регулирования обеспечивает внутреннее состояние организма (его содержание), а также взаимосвязь этапов онтогенеза и филогенеза. Этот принцип оказался широко распространненым. При его изучении возникла кибернетика – наука о целенаправленном и оптимальном управлении сложными процессами в живой природе, в человеческом обществе, промышленности (Берг И.А., 1962).
Живой организм представляет сложную управляемую систему, где происходит взаимодействие многих переменных внешней и внутренней среды. Общим для всех систем является наличие входных переменных, которые в зависимости от свойств и законов поведения системы преобразуются в выходные переменные (Рис. 10).
Рис. 10 — Общая схема гомеостаза живых систем
Выходные переменные зависят от входных и законов поведения системы.
Влияние выходного сигнала на управляющую часть системы называется обратной связью, которая имеет большое значение в саморегуляции (гомеостатической реакции). Различают отрицательную и положительную обратную связь.
Отрицательная обратная связь уменьшает влияние входного сигнала на величину выходного по принципу: «чем больше (на выходе), тем меньше (на входе)». Она способствует восстановлению гомеостаза системы.
При положительной обратной связи величина входного сигнала увеличивается по принципу: «чем больше (на выходе), тем больше (на входе)». Она усиливает возникшее отклонение от исходного состояния, что приводит к нарушению гомеостаза.
Однако все виды саморегуляции действуют по одному принципу: самоотклонение от исходного состояния, что служит стимулом для включения механизмов коррекции. Так, в норме рН крови составляет 7,32 – 7,45. Сдвиг рН на 0,1 приводит к нарушению сердечной деятельности. Этот принцип был описан Анохиным П.К. в 1935 году и назван принципом обратной связи, который служит для осуществления приспособительных реакций.
Общий принцип гомеостатической реакции (Анохин: «Теория функциональных систем»):
отклонение от исходного уровня → сигнал → включение регуляторных механизмов по принципу обратной связи → коррекция изменения (нормализация).
Так, при физической работе концентрация СО2 в крови увеличивается → рН сдвигается в кислую сторону → сигнал поступает в дыхательный центр продолговатого мозга → центробежные нервы проводят импульс к межреберным мышцам и дыхание углубляется → снижение СО2 в крови, рН восстанавливается.
Механизмы регуляции гомеостаза на молекулярно-генетическом, клеточном, организменном, популяционно-видовом и биосферном уровнях.
Регуляторные гомеостатические механизмы функционируют на генном, клеточном и системном (организменном, популяционно-видовом и биосферном) уровнях.
Генные механизмы гомеостаза. Все явления гомеостаза организма генетически детерминированы. Уже на уровне первичных генных продуктов существует прямая связь – «один структурный ген – одна полипептидная цепь». Причем между нуклеотидной последовательностью ДНК и последовательностью аминокислот полипептидной цепи существует коллинеарное соответствие. В наследственной программе индивидуального развития организма предусмотрено формирование видоспецифических характеристик не в постоянных, а в меняющихся условиях среды, в пределах наследственно обусловленной нормы реакции. Двуспиральность ДНК имеет существенное значение в процессах ее репликации и репарации. И то и другое имеет непосредственное отношение к обеспечению стабильности функционирования генетического материала.
С генетической точки зрения можно различать элементарные и системные проявления гомеостаза. Примерами элементарных проявлений гомеостаза могут служить: генный контроль тринадцати факторов свертывания крови, генный контроль гистосовместимости тканей и органов, позволяющий осуществить трансплантацию.
Пересаженный участок называется трансплантатом. Организм, у которого берут ткань для пересадки, является донором, а которому пересаживают – реципиентом. Успех трансплантации зависит от иммунологических реакций организма. Различают аутотрансплантацию, сингенную трансплантацию, аллотрасплантацию и ксенотрансплантацию.
Аутотрансплантация – пересадка тканей у одного и того же организма. При этом белки (антигены) трансплантата не отличаются от белков реципиента. Иммунологическая реакция не возникает.
Сингенная трансплантация проводится у однояйцовых близнецов, имеющих одинаковый генотип.
Аллотрансплантация – пересадка тканей от одной особи к другой, относящихся к одному виду. Донор и реципиент отличаются по антигенам, поэтому у высших животных наблюдается длительное приживление тканей и органов.
Ксенотрансплантация – донор и реципиент относятся к разным видам организмов. Этот вид трансплантации удается у некоторых беспозвоночных, но у высших животных такие трансплантанты не приживаются.
При трансплантации большое значение имеет явление иммунологической толерантности (тканевой совместимости). Подавление иммунитета в случае пересадки тканей (иммунодепрессия) достигается: подавлением активности иммунной системы, облучением, введением антилимфотической сыворотки, гормонов коры надпочечников, химических препаратов – антидепрессантов (имуран). Основная задача подавить не просто иммунитет, а трансплантационный иммунитет.
Трансплантационный иммунитет определяется генетической конституцией донора и реципиента. Гены, ответственные за синтез антигенов, вызывающих реакцию на пересаженную ткань, называются генами тканевой несовместимости.
У человека главной генетической системой гистосовместимости является система HLA (Human Leukocyte Antigen). Антигены достаточно полно представлены на поверхности лейкоцитов и определяются с помощью антисывороток. План строения системы у человека и животных одинаков. Принята единая терминология для описания генетических локусов и аллелей системы HLA. Антигены обозначаются: HLA-A1; HLA-A2 и т.д. Новые антигены, окончательно не идентифицированные обозначают – W (Work). Антигены системы HLA делят на 2 группы: SD и LD (Рис. 11).
Антигены группы SD определяются серологическими методами и детерминируются генами 3-х сублокусов системы HLA: HLA-A; HLA-B; HLA-C.
Рис. 11 — HLA главная генетическая система гистосовместимости человека
LD – антигены контролируются сублокусом HLA-D шестой хромосомы, и определяются методом смешанных культур лейкоцитов.
Каждый из генов, контролирующих HLA – антигены человека, имеет большое число аллелей. Так сублокус HLA-A – контролирует 19 антигенов; HLA-B – 20; HLA-C – 5 «рабочих» антигенов; HLA-D – 6. Таким образом, у человека уже обнаружено около 50 антигенов.
Антигенный полиморфизм системы HLA является результатом происхождения одних от других и тесной генетической связи между ними. Идентичность донора и реципиента по антигенам системы HLA необходима при трансплантации. Пересадка почки, идентичной по 4 антигенам системы, обеспечивает приживаемость на 70%; по 3 – 60%; по 2 – 45%; по 1 – 25%.
Имеются специальные центры, ведущие подбор донора и реципиента при трансплантации, например в Голландии – «Евротрансплантат». Типирование по антигенам системы HLA проводится и в Республике Беларусь.
Клеточные механизмы гомеостаза направлены на восстановление клеток тканей, органов в случае нарушения их целостности. Совокупность процессов, направленных на восстановление разрушаемых биологических структур называется регенерацией. Такой процесс характерен для всех уровней: обновление белков, составных частей органелл клетки, целых органелл и самих клеток. Восстановление функций органов после травмы или разрыва нерва, заживление ран имеет значение для медицины с точки зрения овладения этими процессами.
Ткани, по их регенерационной способности, делят на 3 группы:
Ткани и органы, для которых характерны клеточная регенерация (кости, рыхлая соединительная ткань, кроветворная система, эндотелий, мезотелий, слизистые оболочки кишечного тракта, дыхательных путей и мочеполовой системы.
Ткани и органы, для которых характерна клеточная и внутриклеточная регенерация (печень, почки, легкие, гладкие и скелетные мышцы, вегетативная нервная система, эндокринная, поджелудочная железа).
Ткани, для которых характерна преимущественно внутриклеточная регенерация (миокард) или исключительно внутриклеточная регенерация (клетки ганглиев центральной нервной системы). Она охватывает процессы восстановления макромолекул и клеточных органелл путем сборки элементарных структур или путем их деления (митохондрии).
В процессе эволюции сформировалось 2 типа регенерации физиологическая и репаративная.
Физиологическая регенерация – это естественный процесс восстановления элементов организма в течении жизни. Например, восстановление эритроцитов и лейкоцитов, смена эпителия кожи, волос, замена молочных зубов на постоянные. На эти процессы влияют внешние и внутренние факторы.
Репаративная регенерация – это восстановление органов и тканей, утраченных при повреждении или ранении. Процесс происходит после механических травм, ожогов, химических или лучевых поражений, а также в результате болезней и хирургических операций.
Репаративная регенерация подразделяется на типичную (гомоморфоз) и атипичную (гетероморфоз). В первом случае регенерирует орган, который был удален или разрушен, во втором – на месте удаленного органа развивается другой.
Атипичная регенерация чаще встречается у беспозвоночных.
Регенерацию стимулируют гормоны гипофиза и щитовидной железы. Различают несколько способов регенерации:
Эпиморфоз или полная регенерация – восстановление раневой поверхности, достраивание части до целого (например, отрастание хвоста у ящерицы, конечности у тритона).
Морфоллаксис – перестройка оставшейся части органа до целого, только меньших размеров. Для этого способа характерна перестройка нового из остатков старого (например, восстановление конечности у таракана).
Эндоморфоз – восстановление за счет внутриклеточной перестройки ткани и органа. Благодаря увеличению числа клеток и их размеров масса органа приближается к исходному.
У позвоночных репаративная регенерация осуществляется в следующей форме:
Полная регенерация – восстановление исходной ткани после ее повреждения.
Регенерационная гипертрофия, характерная для внутренних органов. При этом раневая поверхность заживает рубцом, удаленный участок не отрастает и форма органа не восстанавливается. Масса оставшейся части органа увеличивается за счет увеличения числа клеток и их размеров и приближается до исходной величины. Так у млекопитающих регенерирует печень, легкие, почки, надпочечники, поджелудочная, слюнные, щитовидная железа.
Внутриклеточная компенсаторная гиперплазия ультраструктур клетки. При этом на месте повреждения образуется рубец, а восстановление исходной массы происходит за счет увеличения объема клеток, а не их числа на основе разрастания (гиперплазии) внутриклеточных структур (нервная ткань).
Системные механизмы обеспечиваются взаимодействием регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной.
Нервная регуляция осуществляется и координируется центральной нервной системой. Нервные импульсы, поступая в клетки и ткани, вызывают не только возбуждение, но и регулируют химические процессы, обмен биологически активных веществ. В настоящее время известно более 50 нейрогормонов. Так, в гипоталамусе вырабатывается вазопрессин, окситоцин, либерины и статины, регулирующие функцию гипофиза. Примерами системных проявлений гомеостаза являются сохранение постоянства температуры, артериального давления.
С позиций гомеостаза и адаптации, нервная система является главным организатором всех процессов организма. В основе приспособления, уравновешивания организмов с окружающими условиями, по Н.П. Павлову, лежат рефлекторные процессы. Между разными уровнями гомеостатического регулирования существует частная иерархическая соподчиненность в системе регуляции внутренних процессов организма (Рис. 12).
кора полушарий и отделы головного мозга
саморегуляция по принципу обратной связи
периферические нервно-регуляторные процессы, местные рефлексы
Клеточный и тканевой уровени гомеостаза
Рис. 12. — Иерархическая соподчиненность в системе регуляции внутренних процессов организма.
Самый первичный уровень составляют гомеостатические системы клеточного и тканевого уровня. Над ними представлены периферические нервные регуляторные процессы типа местных рефлексов. Далее в этой иерархии располагаются системы саморегуляции определенных физиологических функций с разнообразными каналами «обратной связи». Вершину этой пирамиды занимает кора больших полушарий и головной мозг.
В сложном многоклеточном организме как прямые, так и обратные связи осуществляются не только нервными, но и гормональными (эндокринными) механизмами. Каждая из желез, входящая в эндокринную систему, оказывает влияние на прочие органы этой системы и, в свою очередь, испытывает влияние со стороны последних.
Эндокринные механизмы гомеостаза по Б.М. Завадскому, это – механизм плюс-минус взаимодействия, т.е. уравновешивание функциональной активности железы с концентрацией гормона. При высокой концентрации гормона (выше нормы) деятельность железы ослабляется и наоборот. Такое влияние осуществляется путем действия гормона на продуцирующую его железу. У ряда желез регуляция устанавливается через гипоталамус и переднюю долю гипофиза, особенно при стресс-реакции.
Эндокринные железы можно разделить на две группы по отношению их к передней доле гипофиза. Последняя считается центральной, а прочие эндокринные железы – периферическими. Это разделение основано на том, что передняя доля гипофиза продуцирует так называемые тропные гормоны, которые активируют некоторые периферические эндокринные железы. В свою очередь, гормоны периферических эндокринных желез действуют на переднюю долю гипофиза, угнетая секрецию тропных гормонов.
Реакции, обеспечивающие гомеостаз, не могут ограничиваться какой-либо одной эндокринной железой, а захватывает в той или иной степени все железы. Возникающая реакция приобретает цепное течение и распространяется на другие эффекторы. Физиологическое значение гормонов заключается в регуляции других функций организма, а потому цепной характер должен быть выражен максимально.
Постоянные нарушения среды организма способствуют сохранению его гомеостаза в течение длительной жизни. Если создать такие условия жизни, при которых ничто не вызывает существенных сдвигов внутренней среды, то организм окажется полностью безоружен при встрече с окружающей средой и вскоре погибает.
Объединение в гипоталамусе нервных и эндокринных механизмов регуляции позволяет осуществлять сложные гомеостатические реакции, связанные с регуляцией висцеральной функции организма. Нервная и эндокринная системы являются объединяющим механизмом гомеостаза.
Примером общей ответной реакции нервных и гуморальных механизмов является состояние стресса, которое развивается при неблагоприятных жизненных условиях и возникает угроза нарушения гомеостаза. При стрессе наблюдается изменение состояния большинства систем: мышечной, дыхательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной, органов чувств, кровяного давления, состава крови. Все эти изменения являются проявлением отдельных гомеостатических реакций, направленных на повышение сопротивляемости организма к неблагоприятным факторам. Быстрая мобилизация сил организма выступает как защитная реакция на состояние стресса.
При «соматическом стрессе» решается задача повышения общей сопротивляемости организма по схеме, приведенной на рисунке 13.
Рис. 13 — Схема повышения общей сопротивляемости организма при
Источник статьи: http://mupvirc.ru/gormony/gomeostaz-rol-gormonov-pri-gomeostaze/