Эндокринная система координирует функции различных органов посредством гормонов, являющихся химическими веществами, которые выделяются в кровоток из специализированных клеток, находящихся внутри эндокринных желез (внутренней секреции). Находясь в крови, гормоны влияют на функцию тканей-мишеней, которые могут быть либо другой эндокринной железой, либо рецептором. Некоторые гормоны действуют на клетки того же органа, который является их источником (паракринный эффект), а иногда даже на сами продуцирующие их клетки (аутокринный эффект).
Гормоны могут быть:
Пептиды (одна или несколько аминокислот, соединенных химическими связями) различных размеров
Стероидами (образуются из холестерина)
Производными аминокислот
Гормоны избирательно связываются с рецепторами, располагающимися внутри или на поверхности клеток-мишеней. Рецепторы, находящиеся внутри клетки, взаимодействуют с гормонами, регулирующими функции гена (например, кортикостероидами, витамином D, гормоном щитовидной железы). Рецепторы на поверхности клеток связываются с гормонами, которые регулируют функцию энзимов или влияют на ионные каналы (например, гормон роста, тиреотропин-рилизинг гормон).
Нарушения эндокринной системы возникают в результате расстройства эндокринных желез и/или их тканей-мишеней.
Гипофиз и его органы-мишени
Гипоталамо-гипофизарная система
Функции периферических эндокринных органов в той или иной степени контролируются гормонами гипофиза. Некоторые функции (например, секреция инсулина поджелудочной железой, в первую очередь контролируется уровнем глюкозы в крови) контролируются в минимальной степени или являются независимыми от контроля гипофиза (например, секреция паратиреоидного гормона околощитовидными железами, прежде всего происходит в ответ на уровень кальция в крови), в то время как многие (например, секреция гормонов щитовидной железы или гонад) контролируются в значительной степени. Секреция самих гипофизарных гормонов контролируется гипоталамусом.
Взаимоотношения между гипоталамусом и гипофизом (называемые гипоталамо-гипофизарной системой) представляют собой систему с обратной связью. Гипоталамус получает сигналы практически из всех областей центральной нервной системы и использует их для формирования сигналов, направляемых в гипофиз. Гипофиз в ответ выделяет различные гормоны, которые стимулируют многие эндокринные железы организма. Изменения в крови уровней гормонов, продуцируемых этими эндокринными железами, воспринимаются гипоталамусом, который соответственно усиливает или ослабляет стимуляцию гипофиза, поддерживая таким образом гомеостаз.
Гипоталамус модулирует активность передней и задней долей гипофиза разными способами. Синтезируемые в гипоталамусе нейрогормоны достигают передней доли гипофиза (аденогипофиза) через особую портальную систему сосудов и регулируют синтез и секрецию 6 основных пептидных гормонов передней доли (см. рисунок Гипофиз и его органы-мишени). Последние регулируют функции периферических эндокринных желез (щитовидной железы, надпочечников и гонад), а также рост и лактацию. Прямые нервные контакты между гипоталамусом и передней долей гипофиза отсутствуют.
В отличие от этого задняя доля гипофиза (нейрогипофиз) состоит из аксонов, нейронные тела которых расположены в гипоталамусе. Эти аксоны служат в качестве депо для 2 пептидных гормонов: вазопрессина (антидиуретического гормона) и окситоцина, синтезируемых в гипоталамусе; на периферии эти гормоны регулируют водный баланс, выработку молока и маточное сокращение.
Практически все гормоны, продуцируемые гипоталамусом и гипофизом, выделяются в кровь импульсами; периоды секреции сменяются периодами покоя. Секреция некоторых гормонов [например, адренокортикотропного гормона (АКТГ), гормона роста, пролактина] обладает четким циркадным ритмом; секреция других (например, лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов в ходе менструального цикла) подчиняется месячному ритму, на который накладывается циркадный.
Нейрогормоны Гипоталамуса
Нейрогормон | Гормон передней доли гипофиза, на который оказывается влияние | Эффект |
|---|---|---|
Кортикотропин-высвобождающий гормон | АКТГ | Стимулирующее |
Дофамин | Пролактин ЛГ ФСГ ТТГ | Ингибирующее Ингибирующее Ингибирующее Ингибирующее |
Гонадотропин-высвобождающий гормон | ЛГ ФСГ | Стимулирующее* Стимулирующее* |
Рилизинг-гормон гормона роста | гормон роста (ГР) | Стимулирующее |
Пролактин-высвобождающий гормон | Пролактин | Стимулирующее |
Соматостатин | гормон роста (ГР) ТТГ | Ингибирующее Ингибирующее |
Тиреотропин-рилизинг-гормон | ТТГ Пролактин | Стимулирующее Стимулирующее |
* В физиологических условиях и при экзогенном введении при перемежающимся пульсе. Непрерывная инфузия ингибирует высвобождение ЛГ и ФСГ. | ||
АКТГ = адренокортикотропный гормон (кортикотропин); ФСГ = фолликулостимулирующий гормон; ГР = гормон роста; ЛГ = лютеинизирующий гормон; ТТГ = тиреотропный гормон. | ||
Гипоталамическая регуляция
На сегодняшний день выделяют (см. таблицу Нейрогормоны гипоталамуса) 7 физиологически значимых гипоталамических нейрогормонов. За исключением биогенного амина дофамина, все они являются небольшими пептидами. Некоторые из них вырабатываются не только в гипоталамусе, но и на периферии, особенно в желудочно-кишечном тракте, и функционируют как местные паракринные факторы. Одним из них является вазоактивный интестинальный пептид, который стимулирует также секрецию пролактина.
Нейрогормоны контролируют секрецию многих гормонов гипофиза. Секреция большинства из них зависит от стимулирующих сигналов гипоталамуса. Исключение составляет пролактин, секреция которого контролируется ингибирующим стимулом. После перерезки ножки гипофиза (соединяющей гипофиз с гипоталамусом) секреция пролактина усиливается, тогда как секреция других гормонов передней доли гипофиза ослабевает.
Большинство патологических процессов в гипоталамусе (включая опухоли и воспалительные поражения) сопровождается изменением секреции гипоталамических нейрогормонов. Поскольку нейрогормоны синтезируются в разных центрах гипоталамуса, некоторые патологические процессы изменяют продукцию только одного нейропептида, тогда как другие влияют на выработку нескольких из них. При этом может иметь место как гипо-, так и гиперсекреция нейрогормонов, что соответственно ослабляет или усиливает секрецию гормонов гипофиза. Клинические синдромы, которые возникают в результате дисфункции гипофизарных гормонов (например, несахарный диабет, акромегалия и гипопитуитаризм), обсуждаются в других разделах.
Функции передней доли гипофиза
Клетки передней доли гипофиза (которая составляет 80% веса всего гипофиза) синтезируют и выделяют ряд гормонов, необходимых для нормального роста и развития, а также стимулирующих активность нескольких желез-мишеней.
Адренокортикотропный гормон (АКТГ)
АКТГ называют также кортикотропином. Основным стимулятором секреции АКТГ является кортикотропин-рилизинг-гормон (КРГ), но при стрессе принимает участие и вазопрессин. Под влиянием АКТГ кора надпочечников секретирует кортизол и слабые андрогены, такие как дегидроэпиандростерон (ДГЭА). Попадая в кровь, кортизол и другие кортикостероиды (включая экзогенные кортикостероиды) ингибируют секрецию КРГ и АКТГ. Изменения в системе КРГ-АКТГ-кортизол являются основным компонентом реакции на стресс. В отсутствие АКТГ кора надпочечников атрофируется и практически перестает секретировать кортизол.
Тиреотропный гормон (ТТГ)
ТТГ регулирует структуру и функцию щитовидной железы, стимулируя синтез и секрецию тиреоидных гормонов. Синтез и секреция самого ТТГ стимулируется гипоталамическим тиреотропин-рилизинг гормоном (ТРГ) и тормозится (по принципу отрицательной обратной связи) присутствующими в крови тиреоидными гормонами.
Лютеинизирующий и фолликулостимулирующий гормоны (ЛГ и ФСГ)
ЛГ и ФСГ контролируют продукцию половых гормонов. Синтез и секреция самих ЛГ и ФСГ стимулируются в основном гонадотропин-высвобождающим гормоном (ГнВГ) и блокируются эстрогенами и тестостероном. Одним из факторов, контролирующим высвобождение ГнВГ, является кисспептин, гипоталамусный пептид, который активизируется за счет увеличения уровней лептина в период полового созревания. Два половых гормона, активин и ингибин, влияют только на ФСГ; активин является стимулирующим, а ингибин - подавляющим.
У женщин ЛГ и ФСГ стимулируют развитие фолликулов яичников и овуляцию.
У мужчин же ФСГ действует на клетки Сертоли и необходим для сперматогенеза, а ЛГ – на клетки Лейдига в яичках, стимулируя биосинтез тестостерона.
Гормон роста (ГР)
ГР стимулирует соматический рост и регулирует обмен веществ. Главным стимулятором синтеза и секреции ГР является рилизинг гормон гормона роста (РГГР), а ингибитором этих процессов – соматостатин. ГР контролирует синтез инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1), называемого также соматомедином-С, от которого в основном и зависит рост тканей. ИФР-1 продуцируется многими тканями, но главным его источником является печень. Одна из разновидностей ИФР-1 присутствует в мышцах, где играет роль в увеличении их силы. Этот вариант белка слабее регулируется ГР, чем печеночный его вариант.
Метаболические эффекты ГР развиваются двухфазно. Вначале ГР действует подобно инсулину, увеличивая поглощение глюкозы мышцами и жировой тканью, стимулируя захват аминокислот и синтез белка в печени и мышцах и угнетая липолиз в жировой ткани. Через несколько часов развиваются более выраженные антиинсулиновые метаболические эффекты. К ним относится торможение захвата и утилизации глюкозы, что сопровождается повышением уровня глюкозы в крови и усилением липолиза с возрастанием уровня свободных жирных кислот в плазме. Повышение уровня ГР при голодании поддерживает содержание глюкозы в крови и мобилизует жир, являющийся альтернативным источником энергии. Продукция ГР с возрастом снижается. Грелин (гормон, вырабатываемый клетками дна желудка) способствует выделению ГР из гипофиза, увеличивает потребление пищи и улучшает память на животных моделях.
Пролактин
Пролактин продуцируется клетками, которые называются лактотрофами; на их долю приходится около 30% всех клеток аденогипофиза. Во время беременности размеры гипофиза удваиваются в основном вследствие гиперплазии и гипертрофии лактотрофов. Главная функция пролактина у человека – стимуляция продукции молока. Пролактин выделяется также во время полового акта и при стрессе. Уровень пролактина – чувствительный показатель дисфункции гипофиза; именно этот гормон чаще всего продуцируется опухолями гипофиза, а при инфильтративных процессах или опухолях, сдавливающих гипофиз, его содержание, как и уровень других гормонов, снижается.
Другие гормоны
Передняя доля гипофиза вырабатывает и ряд других гормонов. К ним относятся проопиомеланокортин (ПОМК, который способствует образованию АКТГ), альфа- и бета-меланоцитстимулирующие гормоны (МСГ), бета-липотропин (β-липотропин), энкефалины и эндорфины. ПОМК и МСГ могут вызывать гиперпигментацию кожи, что приобретает клиническое значение только при расстройствах, сопровождающихся резким повышением уровня АКТГ (например, при аддисоновой болезни или синдроме Нельсона). Функция β-ЛПГ неизвестна. Энкефалины и эндорфины представляют собой эндогенные опиоиды, которые связываются с опиатными рецепторами в ЦНС и активируют их.
Функции задней доли гипофиза
Задняя доля гипофиза секретирует вазопрессин (называемый также аргинин-вазопрессином или антидиуретическим гормоном [АДГ]) и окситоцин. Оба этих гормона выделяются в ответ на нервные импульсы, и их период полужизни в крови составляет примерно 10 минут.
Вазопрессин (антидиуретический гормон, АДГ)
Основная функция вазопрессина заключается в сохранении воды в теле почками путем повышения водной проницаемости эпителия дистальных труб. Высокие концентрации вазопрессина также вызывают сужение сосудов. Как и альдостерон, вазопресин играет важную роль в поддержании гомеостаза жидкости, а также гидратации сосудов и клеток. Основным стимулятором секреции вазопрессина является повышение осмотического давления воды в организме, которое «ощущается» осморецепторами гипоталамуса.
Другой важный стимул – снижение объема жидкости, «ощущаемое» барорецепторами левого предсердия, легочных вен, каротидного синуса и дуги аорты; сигналы от барорецепторов по блуждающему и языкоглоточным нервам передаются в центральную нервную систему. К другим стимуляторам секреции вазопрессина относятся боль, стресс, рвота, гипоксия, физическая нагрузка, гипогликемия, холинергические агонисты, бета-блокаторы, ангиотензин и простагландины. Ингибиторами секреции вазопрессина являются алкоголь, альфа-блокаторы и глюкокортикоиды.
Нехватка вазопрессина вызывает центральный несахарный диабет. Неспособность почек нормально реагировать на вазопрессин является причиной нефрогенного несахарного диабета. Удаление гипофиза обычно не приводит к постоянному несахарному диабету, поскольку некоторые сохранившиеся гипоталамические нейроны продолжают продуцировать небольшое количество вазопрессина.
Копептин одновременно вырабатывается с вазопрессином в задней доле гипофиза. Измерение его уровня может помочь выяснению причины гипонатриемии.
Окситоцин
Окситоцин имеет 2 основных объекта воздействия:
Миоэпителиальные клетки лактирующей груди, которые окружают альвеолы молочной железы
Гладкая мускулатура матки
Выработка окситоцина стимулируется при грудном кормлении, что вызывает сокращение миоэпителиальных клеток. Это сокращение помогает молоку проходить от альвеол к большим протокам, откуда оно и выделяется (так называемый рефлекс выброса молока кормящих матерей). Окситоцин вызывает сокращение гладкомышечных клеток матки, и при беременности чувствительность матки к окситоцину увеличивается. Однако во время родов резкого повышения уровня окситоцина в плазме не происходит и роль окситоцина в индукции родов остается неясной.
Стимулы к секреции окситоцина у мужчин неизвестны; его концентрация в плазме мужчин крайне низка.
