16.6.1. Эндокринная система

Эндокринная и нервная системы действуют координирование, поддерживая постоянство внутренней среды организма. Нервная система передает сигналы в виде нервных импульсов, а эндокринная ис-пользует для этого вещества, переносимые кровью. При очевидном различии в механизме передачи информации общим для обеих систем является высвобождение химических веществ в качестве средств коммуникации между клетками. Как полагают, обе системы возникли и развивались параллельно, по мере того как межклеточные связи усложнялись вместе с увеличением размеров и сложности организма. Главная роль обеих систем состоит в регулировании, интеграции и координации важнейших форм жизнедеятельности.

Железа - это структура, выделяющая специфические вещества. В организме имеются железы двух типов - экзокринные и эндокринные. Эндокринные железы секретируют гормоны (от греч. hormao- двигаю, побуждаю) - специфические химические соединения, которые образуются в каком-то одном участке тела, поступают в кровеносное русло и доставляются с кровью к удаленным органам, тканям или группам клеток, где проявляют свое регулирующее действие. Важнейшие эндокринные железы и выделяемые ими гормоны приведены в табл. 16.10.

Таблица 16.10. Сводная таблица основных эндокринных желез человека, их функций и путей регуляции их активности

Продолжение табл. 16.10

Большая часть первоначальных сведений о функциях эндокринных желез и их секретах была получена при изучении тех изменений, которые возникали в организме при заболеваниях, связанных с недостаточной или избыточной активностью той или иной железы. В некоторых случаях для установления функции железы производили ее экспериментальное удаление. Разработка методов выделения, очистки, анализа и синтеза гормонов дала биологам возможность снимать симптомы, вызванные удалением железы, путем введения экстрактов этой железы или синтетических препаратов ее гормона. Эти методы позволили выяснить роль многих желез и их секреции, но не могли быть применены ко всем железам, например к печени или почкам, поскольку их удаление вызвало бы нежелательные последствия, не связанные с их эндокринной функцией.

Для измерения в крови, моче и других средах концентраций гормонов, лекарственных препаратов, ферментов, вирусов, бактериальных и опухолевых антигенов и других органических материалов, представляющих интерес для биологии, широко применяется радиоиммунологический метод. Принцип этого метода довольно прост. Нужно иметь специфическую антисыворотку к исследуемому веществу (антигену, в частности гормону), само это вещество и, наконец, то же вещество, меченное радиоактивным изотопом. Немеченый антиген конкурирует с меченым за ограниченное число связывающих участков антитела. Чем больше в данном материале немеченого антигена, тем больше в его присутствии уменьшается связывание меченого антигена антителом. Для определения степени этого уменьшения антиген, связанный с антителами, отделяют (обычно путем осаждения) от свободного антигена. Сравнивая полученные результаты с результатами опытов, в которых использовался ряд пробирок с известными концентрациями антигена, рассчитывают его содержание в исследуемом образце. Схематически это можно представить следующим образом:

В настоящее время в этой области наблюдается тенденция заменять радиоактивную метку ферментно - флуоресцентной или хемолюминесцентной, что избавляет от работы с радиоактивным материалом.

По химической природе все гормоны позвоночных можно разделить на четыре группы: 1) производные аминов (например, тирозина), 2) пептиды и белки, 3) стероиды и 4) жирные кислоты (табл. 16.11). В регулировании секреции гормонов могут участвовать следующие механизмы: А. Присутствие специфического метаболита в крови. Например, избыток в ней глюкозы вызывает секрецию поджелудочной железой инсулина, который снижает уровень глюкозы в крови.

Б. Присутствие в крови другого гормона. Например, многие гормоны, выделяемые передней долей гипофиза, стимулируют секрецию гормонов другими железами организма.

В. Стимуляция со стороны вегетативной нервной системы. Так, например, при беспокойстве, стрессе или опасности клетки мозгового слоя надпочечников начинают выделять адреналин и норадреналин.

Таблица 16.11. Химическая природа важнейших гормонов

В первых двух случаях время секреции гормона и его количество регулируются по принципу обратной связи. В регуляции активности железы участвует и положительная, и отрицательная обратная связь, но положительная, повышающая нестабильность системы, действует лишь как часть общего регуляторного механизма. Например, высвобождение лютеинизирующего гормона (ЛГ) под влиянием эстрогенов осуществляется по принципу положительной обратной связи, но его чрезмерную секрецию предотвращает в надлежащий момент прогестерон, выделяющийся под действием ЛГ.

Секреция гормонов, стимулируемая каким-то другим гормоном, обычно находится под контролем гипоталамуса и гипофиза, и конечный метаболический или трофический эффект может быть результатом секреции трех различных гормонов, как это показано на рис. 16.46. Такого рода каскадный механизм имеет большое значение, так как благодаря ему в эндокринной цепи во много раз усиливается действие малых количеств исходного гормона.

Рис. 16.46. Пример 'каскадного' эффекта в регуляции превращения глюкозы в гликоген в результате освобождения кортиколиберина. Исходный эффект усилен в 56000 раз. (По данным Bradley, 1976.)

Гормоны обладают специфичностью и воздействуют только на те клетки-мишени, которые обладают специальными рецепторами белковой или липопротеиновой природы, реагирующими с данным гормоном. У клеток, не являющихся мишенями для данного гормона, таких рецепторов нет, и поэтому гормон не оказывает на них влияния.

Многие гормоны имеют в своей молекуле специфические участки, ответственные за присоединение к рецептору. Будучи связан рецептором, гормон может воздействовать 1) на плазматическую мембрану, 2) на фермент, находящийся в этой мембране, 3) на клеточные органеллы или 4) на гены. Ниже приводятся примеры каждого из перечисленных механизмов действия гормонов.

1. Один из эффектов инсулина - усиленное поглощение глюкозы клеткой - обусловлен тем, что гормон, связавшись с рецептором, изменяет проницаемость клеточной мембраны для глюкозы.

2. Адреналин и многие пептидные гормоны присоединяются к поверхностным рецепторам клеточной мембраны и вызывают освобождение "второго посредника", который начинает цепь ферментативных реакций, приводящих к специфическому конечному эффекту. Во многих случаях этим вторым посредником является нуклеотид циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), который образуется из АТФ под действием фермента аденилатциклазы после ее активации гормон - рецепторным комплексом. В упрощенной форме этот механизм показан на рис. 16.47.

Рис. 16.47. Механизм действия адреналина, вызывающего освобождения глюкозы из клеток печени (упрощенная схема). Активация аденилатциклазы, связанной с мембраной, приводит к образованию циклического АМФ (цАМФ); цАМФ активирует ферментные системы, расщепляющие гликоген до глюкозы, которая диффундирует из клеток в кровеносное русло

3. Один из эффектов тироксина осуществляется на уровне митохондрий, где гормон влияет на ферменты, участвующие в транспорте электронов, сопряженном с синтезом АТФ (разд. 11.5.4). Под влиянием тироксина значительная часть энергии, выделяющейся в процессе транспорта электронов, теряется в виде тепла.

4. Стероидные гормоны, в том числе гормон линьки насекомых (экдизон), проходят через плазматическую мембрану и связываются с рецепторами в цитоплазме. Образовавшийся комплекс транспортируется в клеточное ядро, где воздействует непосредственно на хромосомы путем активации генов и стимуляции транскрипции (т. е. образования информационной РНК).

По-видимому, и во многих других случаях гормоны оказывают свое действие, влияя на ферменты, связанные с мембранами, или на геном.