Принципи гормонального регулювання
Всі процеси життєдіяльності організму строго узгоджені між собою за швидкістю, часом і місцем протікання. В організмі людини цю узгодженість здійснюють внутрішньоклітинні та міжклітинні механізми регуляції, найважливішу роль яких відіграють гормони та нейромедіатори. Специфічні регулятори, які секретуються ендокринними залозами у кров чи лімфу, а потім потрапляють на клітини-мішені, називають гормонами. Речовини, що виділяються з пресинаптичних нервових закінчень у синаптичну щілину та викликають біологічний ефект, зв'язуючись із рецепторами постсинаптичної мембрани, називають нейромедіаторами.
Функціональна активність ендокринної залози може регулюватися субстратом, на який спрямована дія гормону. Так, глюкоза стимулює секрецію інсуліну з β-клітин панкреатичних острівців (острівці Лангерганса), а інсулін знижує концентрацію глюкози в крові, активуючи її транспорт у м'язи та печінку. Це відбувається в такий спосіб. Глюкоза входить у β-клітини підшлункової залози через переносник глюкози і відразу фосфорилюється глюкокіназою, після чого втягується в гліколіз. АТФ, що утворюється при цьому, інгібує калієві канали, внаслідок чого знижується мембранний потенціал β-клітин і активуються потенціалзалежні кальцієві канали. Кальцій, що входить в β-клітину, стимулює злиття везикул, що містять інсулін, з плазматичною мембраною і секрецію інсуліну. Інсулін активує перенесення глюкози до печінки, серця та скелетних м'язів, внаслідок чого рівень глюкози в крові знижується, сповільнюється її вхід до β-клітин та зменшується секреція інсуліну (рис. 5.1).
Такий самий механізм лежить в основі секреції паратгормону (паратиреоїдний гормон, паратирин) та кальцитоніну. Обидва гормони впливають на концентрацію кальцію та фосфатів укрові. Паратиреоїдний гормон викликає вихід мінеральних речовин з кістки та стимулює реабсорбцію кальцію у нирках та кишечнику, внаслідок чого зростає концентрація кальцію у плазмі крові. Кальцитонін, навпаки, стимулює надходження кальцію та фосфатів у кісткову тканину, внаслідок чого концентрація мінеральних речовин у крові знижується. При високій концентрації кальцію в крові пригнічується секреція паратиреоїдного гормону та стимулюється секреція кальцитоніну. У разі зниження концентрації кальцію у крові секреція паратиреоїдного гормону посилюється, а кальцитоніну – послаблюється.
Така регуляція сталості внутрішнього середовища організму, що відбувається за принципом негативного зворотного зв'язку, є дуже ефективною для підтримки гомеостазу, проте не може виконувати всі завдання адаптації організму. Наприклад, кора надниркових залоз продукує стероїдні гормони у відповідь на голод, хворобу, емоційне збудження і т. п. Щоб ендокринна система могла «відповідати» на світло, звуки, запахи, емоції тощо, повинна існувати зв'язок між ендокринними залозами та нервовою системою.
Основні зв'язки між нервовою та ендокринною системами регуляції здійснюються за допомогою взаємодії гіпоталамуса та гіпофіза (рис. 5.2). Нервові імпульси, що приходять у гіпоталамус, активують секрецію так званих рилізинг-факторів (ліберинів та статинів): тиреоліберину, соматоліберину, пролактоліберину, гонадоліберину та кортиколіберину, а також соматостатину та пролактостатину. Мішенню для ліберинів і статинів, що секретуються гіпоталамусом, є гіпофіз. Кожен із ліберинів взаємодіє з певною популяцією клітин гіпофіза і викликає в них синтез відповідних тропінів: тиреотропіну, соматотропного гормону (соматотропін – гормон росту), пролактину,гонадотропного гормону (гонадотропіни - лютеїнізуючий і фолікулостимулюючий), а також адренокортикотропного гормону (АКТГ, кортикотропін). Статини надають на гіпофіз вплив, протилежний дії ліберинів, - пригнічують секрецію тропінів. Тропіни, секретовані гіпофізом, надходять у загальний кровотік і, потрапляючи на відповідні залози, активують секреторні процеси.
Молекула соматоліберину є найбільшою серед ліберинів, вона складається із 15 амінокислотних залишків; найменша молекула – трипептид – у тиреоліберину. Молекули тропінів, що утворюються в гіпофізі, містять від 13 до 198 амінокислотних залишків.
Регуляція діяльності гіпофіза та гіпоталамуса, крім сигналів, що йдуть «згори донизу», здійснюється гормонами «виконавчих» залоз (рис. 5.3). Ці «зворотні» сигнали надходять до гіпоталамусу і потім передаються в гіпофіз, що призводить до зміни секреції відповідних тропінів. Після видалення чи атрофії ендокринної залози стимулюється секреція відповідного тропного гормону; при гіперфункції залози секреція відповідного тропіну пригнічується.
Зворотні зв'язки не лише дозволяють регулювати концентрацію гормонів у крові, а й беруть участь у диференціювання гіпоталамуса в онтогенезі. Утворення статевих гормонів у жіночому організмі відбувається циклічно, що пояснюється циклічною секрецією гонадотропних гормонів. Синтез цих гормонів контролюється гіпоталамусом, що утворює рилізинг-фактор цих тропінів (гонадоліберін). Якщо самці пересадити гіпофіз самця, то пересаджений гіпофіз починає функціонувати циклічно. Статеве диференціювання гіпоталамуса відбувається під дією андрогенів. Якщо самця позбавити статевих залоз, які продукують андрогени, то гіпоталамус диференціюватиметься за жіночим типом.
У залозах внутрішньої секреції іннервовані, як правило, лише судини, а ендокринні клітини змінюють свою біосинтетичну та секреторну активність лише під дією метаболітів, кофакторів та гормонів, причому не лише гіпофізарних. Так, ангіотензин II стимулює синтез та секрецію альдостерону. Зазначимо також, деякі гормони гіпоталамуса і гіпофіза можуть утворюватися у цих тканинах. Наприклад, соматостатин (гормон гіпоталамуса, що інгібує утворення та секрецію гормону росту) виявлений також у підшлунковій залозі, де він пригнічує секрецію інсуліну та глюкагону.
Більшість нервових та гуморальних шляхів регуляції сходяться на рівні гіпоталамуса і завдяки цьому в організмі утворюється єдина нейроендокринна регуляторна система. До клітин гіпоталамуса підходять аксони нейронів, розташованих у корі великих півкуль та підкіркових утвореннях. Ці аксони секретують різні нейромедіатори, що надають на секреторну активність гіпоталамуса як активуючий, так і гальмівний вплив. нервові імпульси, що надходять з мозку, гіпоталамус «перетворює» на ендокринні стимули, які можуть бути посилені або ослаблені залежно від гуморальних сигналів, що надходять у гіпоталамус від залоз і тканин, підпорядкованих йому.
Стежки, що утворюються в гіпофізі, не тільки регулюють діяльність підлеглих залоз, але й виконують самостійні ендокринні функції. Наприклад, пролактин має лактогенну дію, а також гальмує процеси диференціювання клітин, підвищує чутливість статевих залоз до гонадотропінів, стимулює батьківський інстинкт. Кортикотропін є не тільки стимулятором стероцдогенезу, але й активатором ліполізу в жировій тканині, а також найважливішим учасником процесу перетворення в мозку короткочасної пам'ятідовготривалу. Гормон зростання може стимулювати активність імунної системи, обмін ліпідів, Сахаров тощо.
У задній частині гіпофіза (нейрогіпофіз) депонуються антидіуретичний гормон (вазопресин) та окситоцин (див. рис. 5.3). Перший викликає затримку води в організмі та підвищує тонус судин, другий стимулює скорочення матки при пологах та секрецію молока. Обидва гормони синтезуються в гіпоталамусі, потім транспортуються аксонами в задню частку гіпофіза, де депонуються і потім секретуються в кров.
Характер процесів, які у ЦНС, багато чому визначається станом ендокринної регуляції. Так, андрогени та естрогени формують статевий інстинкт, багато поведінкових реакцій. Вочевидь, що нейрони, як і інші клітини нашого організму, перебувають під контролем гуморальної системи регуляції. Нервова система, еволюційно пізніша, має як управляючі, і підлеглі зв'язку з ендокринної системою. Ці дві регуляторні системи доповнюють одна одну, утворюють функціонально єдиний механізм, що забезпечує високу ефективність нейрогуморальної регуляції, ставить її на чолі систем, що узгоджують усі процеси життєдіяльності у багатоклітинному організмі.