Гормоны и эндокринные железы: функция

Примеры:

• гипофиз синтезирует/секретирует соматотропный гормон (СТГ), пролактин, АКТГ и др.;
• в надпочечнике — четыре слоя клеток, каждый из которых синтезирует свой гормон.

Поджелудочная железа, с точки зрения гастроэнтеролога, — экзокринный орган, так как она секретирует панкреатические ферменты- с точки зрения эндокринолога, — это эндокринный орган, так как она продуцирует пакет взаимозависимых гормонов (инсулин, глюкагон, соматостатин и др.).

Кроме того, некоторые гормоны образуются в нескольких местах:

• катехоламины — не только в мозговом слое надпочечников, но и в паравертебральных нервных ганглиях;
• соматостатин — и в островках Лангерганса и в гипоталамусе.

Вне эндокринных желёз обнаружены микроскопические скопления клеток, специализирующихся на синтезе биологически активных веществ со свойствами гормона:

• регуляторы секреции гормонов эндокринных желёз:
• ядра гипоталамуса синтезируют вещества, регулирующие секрецию гормонов гипофиза (соматолиберин, АКТГ-рилизинг-гормон и др.);
• скопления клеток в стенке кишечника, продуцирующие гормоны инкретины;
• регуляторы функций органов:
• ядра гипоталамуса.

Относительно недавно обнаружены биологически активные вещества лептин и адипонектин, синтезируемые жировой тканью (адипоцитами), которые были отнесены к гормонам, так как обладают системным регулирующим действием — регулируют аппетит и энергообмен.

Итак, гормоны продуцирует не только эндокринная железа, вследствие чего это качество не может однозначно определять понятие «гормон». Вместе с тем в современной клинической эндокринологии практически все болезни представляют собой то или иное нарушение функций именно эндокринной железы. В связи с этим определение гормона и связанное с ним определение эндокринной железы в клинической эндокринологии все ещё остаётся «классическим».

Таким образом, можно дать следующее, достаточно полное с клинической точки зрения определение гормона.

Гормон — биологически активное вещество, вырабатываемое эндокринной железой, которое оказывает регулирующее действие на определённые структуры организма и обмен веществ (утилизацию субстратов из крови, энергообмен и др.), что часто проявляется внешне видимыми изменениями организма (например, рост) и/ или изменением поведения (например, половое).

В этом классическом определении термины эндокринная железа и гормон взаимозависимы. Отсюда очевидна в клинической эндокринологии логика диагностического поиска — через исследование гормонов крови диагностировать болезни эндокринных желёз.

Определение эндокринной железы

Эндокринная железа — чётко очерченная макроанатомическая структура, главной функцией которой является синтез биологически активных веществ, называемых гормонами. В клинической эндокринологии выделяют семь эндокринных желёз, функции которых оценивают по исследованию в крови вырабатываемых железой гормонов. Для оценки её функций используют не весь спектр гормонов железы, а строго ограниченный их набор, с помощью которого определяют функцию эндокринной железы. Кроме гормонов, для диагностики болезней можно использовать их метаболиты, которые иногда оказываются более надёжным маркёром эндокринной болезни, чем исследование самих гормонов. Так, в диагностике феохромоцитомы надёжнее исследование метаболитов катехоламинов метанефринов, чем адреналина и норадреналина.

Видео: эндокринная часть поджелудочной железы гормоны их функции сахарный диабет

Исследование гормонов для диагностики эндокринных заболеваний не всегда оправдано. Наиболее яркий пример — сахарный диабет, в диагностике которого не используют исследование инсулина, хотя заболевание вызвано инсулиновой недостаточностью. Также исследование окситоцина и вазопрессина не используют для диагностики их недостаточной или избыточной секреции, а нарушение их синтеза определяют по их метаболическим эффектам.

Более того, в диагностике эндокринных болезней могут быть использованы гормоны, которые не синтезируются эндокринными железами, например инсулиноподобный ростовой фактор I (ИРФ-I), который образуется в печени под действием СТГ. Его используют для диагностики акромегалии, вызванной опухолью гипофиза.

Синтез гормона эндокринной железой может быть:

• единственной её функцией (например, передняя доля гипофиза);
• совмещён с генерированием половых клеток (например, яичники и тестикулы);
• совмещён с экзокринной секрецией (например, поджелудочная железа);
• совмещён с депонированием гормонов, синтезируемых за её пределами.

Эндокринная железа способна синтезировать:

• единственный гормон, что встречается редко (например, паращитовидная железа);
• спектр гормонов (как правило):
• специализированными клеточными субструктурами, в частности в надпочечниках две клеточные субструктуры — кора и мозговой слой — вырабатывают стероидные гормоны и катехоламины соответственно;
• отдельными клетками, объединёнными или нет в изолированные комплексы, например в гипофизе определённые гормоны синтезируют отдельные клетки, которые не объединены в отчётливые клеточные образования- в поджелудочной железе инсулин и глюкагон продуцируются - и -клетками, объединёнными в островки Лангерганса.

Природа и функции гормонов

Гормоны разделяют на две основные группы.

Полипептиды или производные аминокислот (большинство):

• сложные полипептиды (ЛГ, ХГЧ);
• пептиды средних размеров;
• малые пептиды;
• дипептиды (Т₄ и Т₃);
• производные отдельных аминокислот (серотонин, гистамин).

•   Производные холестерина — стероиды двух типов:

• с интактным стероидным кольцом (стероиды надпочечников и гонад);
• с разобщённым кольцом В.

Выделяют четыре основные функции гормонов в организме:

• размножение;
• рост и развитие;
• производство, утилизация и сохранение энергии.

Отдельный гормон, с одной стороны, может оказывать разные биологические эффекты на различные органы, а в одном органе—в разное время- с другой стороны, некоторые биологические процессы находятся под интегральным контролем нескольких гормонов.

Гормоны регулируют функции следующих своих мишеней:

• другие эндокринные железы (например, связь гипофиз-надпочечник);
• функциональные системы;
• органы (например, Т₄ и функция сердца или Т₄ и функция мозга);
• ткани (например, кортизол и костная ткань).

Синтез, хранение и секреция гормонов

Пептидные гормоны синтезируются по тому же механизму, что и любые другие белки. Часто сначала синтезируется большая молекула прогормона, которая затем преобразуется в гормон меньших размеров. К примеру, препропаратиреоидный гормон  пропаратиреоидный гормон  паратиреоидный гормон. С другой стороны, стероиды и катехоламины синтезируются из меньших молекул.

Эндокринные органы не являются уникальным местом синтеза гормонов, вместе с тем только в них синтез гормонов и его регулирование происходят наиболее эффективно. Три основные особенности отличают эндокринный орган от неэндокринной ткани, синтезирующей какой-либо гормон:

• скорость синтеза намного выше в эндокринном органе;
• эндокринные железы снабжены механизмом транспорта гормона в кровь, который, как правило, регулируем.

Скорость секреции гормона железой определяется скоростью его синтеза, которую могут регулировать другие, тропные по отношению к этой железе гормоны. За исключением Т₄ и 1,25-дигидроксихолекальциферола, запасы гормонов в организме очень ограничены.

Стимуляция секреции гормона связана с деполяризацией клеточной мембраны и открытием кальциевых каналов, что приводит к поступлению кальция в клетку, где он соединяется с кальций-связывающим протеином.

Транспорт и элиминация гормонов

Гормоны элиминируются из крови в результате метаболических процессов, например пептидные гормоны инактивируются протеолитическими ферментами. В печени гормоны соединяются с глюкуроновой кислотой и секретируются с жёлчью, но при этом частично реабсорбируются, включаясь в так называемый энтеропечёночный цикл. Гормоны также выводятся с мочой.

Небольшие молекулы гормонов (Т₄, в частности) связываются с белками крови, что замедляет их элиминацию из крови и поддерживает небольшой пул свободного гормона в крови на необходимом уровне. Связывание с белками также облегчает транспорт жирорастворимых стероидов.

Гормональные рецепторы

Рецепторы гормонов — клеточные белки, которые связывают гормон.

Взаимодействие с гормоном вызывает в рецепторе конформационное изменение, что активирует специфическую клеточную ферментную систему, которая фактически и реализует характерный эффект гормона. Когда гормон соединяется с рецептором клеточной мембраны, в цитозоле появляются так называемые вторые мессенджеры (первый — гормон). В ядре клетки гормон-рецепторный комплекс связан с дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) и регулирует экспрессию гена. Максимальный эффект гормона обычно проявляется уже в том случае, если связано менее 50% рецепторов. Освободившиеся от связи с гормоном свободные рецепторы снова возвращаются в цитозоль или на мембрану клетки, где продолжают участвовать в гормон-рецепторном взаимодействии.

Стероидные гормоны липофильны, поэтому свободно диффундируют через клеточную мембрану, а потом связываются с цитозольными рецепторными белками.

Т3 связывается с ядерными рецепторными белками, и комплекс Т₃-рецептор, соединяясь с ДНК, стимулирует образование матричной РНК. Нередко стероидные и тиреоидные гормоны действуют синергично, взаимно усиливая специфические эффекты (потенцируют экспрессию гена).

Количество рецепторов клеточной мембраны и внутриклеточных рецепторов изменяется, меняется и сила их связи с гормоном. Клетки миометрия и молочных желёз содержат окситоциновые рецепторы, число которых возрастает под действием эстрогенов (up-регулирование) и снижается под действием прогестерона (down-регулирование). В миокарде содержатся норадреналиновые рецепторы ( ₁), число которых и сродство к норадреналину повышается под действием тиреоидных гормонов (Т₃/Т₄).

Водорастворимые гормоны (моноамины, аминокислоты и пептиды) связываются с рецепторами мембраны, которая насыщена липидами, поэтому не позволяет свободно диффундировать водорастворимым гормонам через мембрану. В гормональной реакции клетки водорастворимые гормоны называют первыми мессенджерами. В ответ на их взаимодействие с рецептором внутри клетки активируются так называемые вторые мессенджеры — цАМФ, циклический гуанозинмонофосфат, инозитолтрифосфат, ионы кальция, диацилглицерол и др. Ионы кальция служат очень важным вторым мессенджером. Поток ионов кальция через клеточную мембрану в цитозоль контролируется гормон-рецептор-ной связью, нервными стимулами или модифицируется другими вторыми мессенджерами.

Концентрация гормонов в большинстве случаев составляет 10^-10 моль/л. При этом связывание одной молекулы с мембранным рецептором приводит к образованию 10 000 молекул цАМФ в клетке, и в этом отношении цАМФ выступает в качестве молекулярного усилителя гормонального сигнала (в 10000 раз!). Фосфодиэстераза разрушает цАМФ, поэтому её ингибиторы — теофиллин и кофеин — действуют синергично с гормонами, у которых цАМФ является вторым мессенджером. цАМФ стимулирует катаболические процессы — липолиз, гликогенолиз (глюкагон), глюконеогенез и кетогенез, секрецию инсулина -клеткам и поджелудочной железы.