Гормоны

Гормоны Гормоны, органические соединения, вырабатываемые определенными клетка ми и предназначенные для управления функциями организма, их регуляции и координации. У высших животных есть две регуляторных системы, с помощью которых организм приспосабливается к постоянным внутренним и внешним изменениям. Одна из них – нервная система, быстро передающая сигналы (в в иде импульсов) через сеть нервов и нервных клеток; другая – эндокринная, осуществляющая химическую регуляцию с помощью гормонов, которые перен осятся кровью и оказывают эффект на отдаленные от места их выделения тка ни и органы. Химическая система связи взаимодействует с нервной системо й; так, некоторые гормоны функционируют в качестве медиаторов (посредник ов) между нервной системой и органами, отвечающими на воздействие. Таким образом, различие между нервной и химической координацией не является а бсолютным. Гормоны есть у всех млекопитающих, включая человека; они обнаружены и у д ругих живых организмов. Хорошо описаны гормоны растений и гормоны линьк и насекомых . Физиологическое действие гормонов направлено на: 1) обеспечение гуморал ьной, т.е. осуществляемой через кровь, регуляции биологических процессов ; 2) поддержание целостности и постоянства внутренней среды, гармоничног о взаимодействия между клеточными компонентами тела; 3) регуляцию процес сов роста, созревания и репродукции. Гормоны регулируют активность всех клеток организма. Они влияют на остр оту мышления и физическую подвижность, телосложение и рост, определяют р ост волос, тональность голоса, половое влечение и поведение. Благодаря э ндокринной системе человек может приспосабливаться к сильным температ урным колебаниям, излишку или недостатку пищи, к физическим и эмоциональ ным стрессам. Изучение физиологического действия эндокринных желез по зволило раскрыть секреты половой функции и чудо рождения детей, а также ответить на вопрос, почему одни люди высокого роста, а другие низкого, одн и полные, другие худые, одни медлительные, другие проворные, одни сильные, другие слабые. В нормальном состоянии существует гармоничный баланс между активность ю эндокринных желез, состоянием нервной системы и ответом тканей-мишене й (тканей, на которые направлено воздействие). Любое нарушение в каждом из этих звеньев быстро приводит к отклонениям от нормы. Избыточная или недо статочная продукция гормонов служит причиной различных заболеваний, с опровождающихся глубокими химическими изменениями в организме. Изучением роли гормонов в жизнедеятельности организма и нормальной и п атологической физиологией желез внутренней секреции занимается эндок ринология. Как медицинская дисциплина она появилась только в 20 в., однако эндокринологические наблюдения известны со времен античности. Гиппокр ат полагал, что здоровье человека и его темперамент зависят от особых гу моральных веществ. Аристотель обратил внимание на то, что кастрированны й теленок, вырастая, отличается в половом поведении от кастрированного б ыка тем, что даже не пытается взбираться на корову. Кроме того, на протяжен ии веков кастрация практиковалась как для приручения и одомашнивания ж ивотных, так и для превращения человека в покорного раба. Что такое гормоны? Согласно классическому определению, гормоны – проду кты секреции эндокринных желез, выделяющиеся прямо в кровоток и обладаю щие высокой физиологической активностью. Главные эндокринные железы м лекопитающих – гипофиз, щитовидная и паращитовидные железы, кора надпо чечников, мозговое вещество надпочечников, островковая ткань поджелуд очной железы, половые железы (семенники и яичники), плацента и гормон-прод уцирующие участки желудочно-кишечного тракта. В организме синтезируют ся и некоторые соединения гормоноподобного действия. Например, исследо вания гипоталамуса показали, что ряд секретируемых им веществ необходи м для высвобождения гормонов гипофиза. Эти «рилизинг-факторы», или либер ины, были выделены из различных участков гипоталамуса. Они поступают в г ипофиз через систему кровеносных сосудов, соединяющих обе структуры. По скольку гипоталамус по своему строению не является железой, а рилизинг-ф акторы поступают, по-видимому, только в очень близко расположенный гипоф из, эти выделяемые гипоталамусом вещества могут считаться гормонами ли шь при расширительном понимании данного термина. В определении того, какие вещества следует считать гормонами и какие стр уктуры эндокринными железами, есть и другие проблемы. Убедительно показ ано, что такие органы, как печень, могут экстрагировать из циркулирующей крови физиологически малоактивные или вовсе неактивные гормональные в ещества и превращать их в сильнодействующие гормоны. Например, дегидроэ пиандростерон сульфат, малоактивное вещество, продуцируемое надпочечн иками, преобразуется в печени в тестостерон – высокоактивный мужской п оловой гормон, в большом количестве секретируемый семенниками. Доказыв ает ли это, однако, что печень – эндокринный орган? Другие вопросы еще более трудны. Почки секретируют в кровоток фермент ре нин, который через активацию ангиотензиновой системы (эта система вызыв ает расширение кровеносных сосудов) стимулирует продукцию гормона над почечников – альдостерона. Регуляция выделения альдостерона этой сис темой весьма схожа с тем, как гипоталамус стимулирует высвобождение гип офизарного гормона АКТГ (адренокортикотропного гормона, или кортикотр опина), регулирующего функцию надпочечников. Почки секретируют также эр итропоэтин – гормональное вещество, стимулирующее продукцию эритроци тов. Можно ли отнести почку к эндокринным органам? Все эти примеры доказы вают, что классическое определение гормонов и эндокринных желез не явля ется достаточно исчерпывающим. Транспорт гормонов. Гормоны, попав в кровоток, должны поступать к соотве тствующим органам-мишеням. Транспорт высокомолекулярных (белковых) гор монов изучен мало из-за отсутствия точных данных о молекулярной массе и химической структуре многих из них. Гормоны со сравнительно небольшой м олекулярной массой, такие, как тиреоидные и стероидные, быстро связывают ся с белками плазмы, так что содержание в крови гормонов в связанной форм е выше, чем в свободной; эти две формы находятся в динамическом равновеси и. Именно свободные гормоны проявляют биологическую активность, и в ряде случаев было четко показано, что они экстрагируются из крови органами-м ишенями. Значение белкового связывания гормонов в крови не совсем ясно. Предпола гают, что такое связывание облегчает транспорт гормона либо защищает го рмон от потери активности. Действие гормонов. Отдельные гормоны и их основные эффекты представлен ы ниже в разделе «Основные гормоны человека». В целом, гормоны действуют на определенные органы-мишени и вызывают в них значительные физиологич еские изменения. У гормона может быть несколько органов-мишеней, и вызыв аемые им физиологические изменения могут сказываться на целом ряде фун кций организма. Например, поддержание нормального уровня глюкозы в кров и – а оно в значительной степени контролируется гормонами – важно для жизнедеятельности всего организма. Гормоны иногда действуют совместно ; так, эффект одного гормона может зависеть от присутствия какого-то друг ого или других гормонов. Гормон роста, например, неэффективен в отсутств ие тиреоидного гормона. Действие гормонов на клеточном уровне осуществляется по двум основным механизмам: не проникающие в клетку гормоны (обычно водорастворимые) дей ствуют через рецепторы на клеточной мембране, а легко проходящие через м ембрану гормоны (жирорастворимые) – через рецепторы в цитоплазме клетк и. Во всех случаях только наличие специфического белка-рецептора опреде ляет чувствительность клетки к данному гормону, т.е. делает ее «мишенью». Первый механизм действия, подробно изученный на примере адреналина, зак лючается в том, что гормон связывается со своими специфическими рецепто рами на поверхности клетки; связывание запускает серию реакций, в резуль тате которых образуются т.н. вторые посредники, оказывающие прямое влиян ие на клеточный метаболизм. Такими посредниками служат обычно цикличес кий аденозиномонофосфат (цАМФ) и/или ионы кальция; последние высвобождаю тся из внутриклеточных структур или поступают в клетку извне. И цАМФ, и ио ны кальция используются для передачи внешнего сигнала внутрь клеток у с амых разнообразных организмов на всех ступенях эволюционной лестницы. Однако некоторые мембранные рецепторы, в частности рецепторы инсулина, действуют более коротким путем: они пронизывают мембрану насквозь, и ког да часть их молекулы связывает гормон на поверхности клетки, другая част ь начинает функционировать как активный фермент на стороне, обращенной внутрь клетки; это и обеспечивает проявление гормонального эффекта. Второй механизм действия – через цитоплазматические рецепторы – сво йствен стероидным гормонам (гормонам коры надпочечников и половым), а та кже гормонам щитовидной железы (T3 и T4). Проникнув в клетку, содержащую соотв етствующий рецептор, гормон образует с ним гормон-рецепторный комплекс. Этот комплекс подвергается активации (с помощью АТФ), после чего проника ет в клеточное ядро, где гормон оказывает прямое влияние на экспрессию о пределенных генов, стимулируя синтез специфических РНК и белков. Именно эти новообразованные белки, обычно короткоживущие, ответственны за те и зменения, которые составляют физиологический эффект гормона. Регуляция гормональной секреции ос уществляется несколькими связанными между собой механизмами. Их можно проиллюстрировать на примере кортизола, основного глюкокортикоидного гормона надпочечников. Его продукция регулируется по механизму обратн ой связи, который действует на уровне гипоталамуса. Когда в крови снижае тся уровень кортизола, гипоталамус секретирует кортиколиберин – факт ор, стимулирующий секрецию гипофизом кортикотропина (АКТГ). Повышение ур овня АКТГ, в свою очередь, стимулирует секрецию кортизола в надпочечниках, и в результат е содержание кортизола в крови возрастает. Повышенный уровень кортизол а подавляет затем по механизму обратной связи выделение кортиколибери на – и содержание кортизола в крови снова снижается. Секреция кортизола регулируется не только механизмом обратной связи. Т ак, например, стресс вызывает освобождение кортиколиберина, а соответст венно и всю серию реакций, повышающих секрецию кортизола. Кроме того, сек реция кортизола подчиняется суточному ритму; она очень высока при пробу ждении, но постепенно снижается до минимального уровня во время сна. К ме ханизмам контроля относится также скорость метаболизма гормона и утра ты им активности. Аналогичные системы регуляции действуют и в отношении других гормонов. Основные гормоны человека Гормоны гипофиза подробно описаны в статье ГИПОФИЗ. Здесь мы лишь перечи слим основные продукты гипофизарной секреции. Гормоны передней доли гипофиза. Железистая ткань передней доли продуци рует: – гормон роста (ГР), или соматотропин, который воздействует на все ткани о рганизма, повышая их анаболическую активность (т.е. процессы синтеза ком понентов тканей организма и увеличения энергетических запасов). – меланоцит-стимулирующий гормон (МСГ), усиливающий выработку пигмента некоторыми клетками кожи (меланоцитами и меланофорами); – тиреотропный гормон (ТТГ), стимулирующий синтез тиреоидных гормонов в щитовидной железе; – фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и лютеинизирующий гормон (ЛГ), отн осящиеся к гонадотропинам: их действие направлено на половые железы . – пролактин, обозначаемый иногда как ПРЛ, – гормон, стимулирующий форм ирование молочных желез и лактацию. Гормоны задней доли гипофиза – вазопрессин и окситоцин. Оба гормона про дуцируются в гипоталамусе, но сохраняются и высвобождаются в задней дол е гипофиза, лежащей книзу от гипоталамуса. Вазопрессин поддерживает тон ус кровеносных сосудов и является антидиуретическим гормоном, влияющи м на водный обмен. Окситоцин вызывает сокращение матки и обладает свойст вом «отпускать» молоко после родов. Тиреоидные и паратиреоидные гормоны. Щитовидная железа расположена на шее и состоит из двух долей, соединенных узким перешейком . Четыре паращи товидных железы обычно расположены парами – на задней и боковой поверх ности каждой доли щитовидной железы, хотя иногда одна или две могут быть несколько смещены. Главными гормонами, секретируемыми нормальной щитовидной железой, явл яются тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3). Попадая в кровоток, они связываются – прочно, но обратимо – со специфическими белками плазмы. Т4 связываетс я сильнее, чем Т3, и не так быстро высвобождается, а потому он действует мед леннее, но продолжительнее. Тиреоидные гормоны стимулируют белковый си нтез и распад питательных веществ с высвобождением тепла и энергии, что проявляется повышенным потреблением кислорода. Эти гормоны влияют так же на метаболизм углеводов и, наряду с другими гормонами, регулируют ско рость мобилизации свободных жирных кислот из жировой ткани. Короче гово ря, тиреоидные гормоны оказывают стимулирующее действие на обменные пр оцессы. Повышенная продукция тиреоидных гормонов вызывает тиреотоксик оз, а при их недостаточности возникает гипотиреоз, или микседема. Другим соединением, найденным в щитовидной железе, является длительно д ействующий тиреоидный стимулятор. Он представляет собой гамма-глобули н и, вероятно, вызывает гипертиреоидное состояние. Гормон паращитовидных желез называют паратиреоидным, или паратгормоно м; он поддерживает постоянство уровня кальция в крови: при его снижении п аратгормон высвобождается и активирует переход кальция из костей в кро вь до тех пор, пока содержание кальция в крови не вернется к норме. Другой гормон – кальцитонин – оказывает противоположное действие и выделяе тся при повышенном уровне кальция в крови. Раньше полагали, что кальцито нин секретируется паращитовидными железами, теперь же показано, что он в ырабатывается в щитовидной железе. Повышенная продукция паратгормона вызывает заболевание костей, камни в почках, обызвествление почечных ка нальцев, причем возможно сочетание этих нарушений. Недостаточность пар атгормона сопровождается значительным снижением уровня кальция в кров и и проявляется повышенной нервно-мышечной возбудимостью, спазмами и су дорогами. Гормоны надпочечников. Надпочечники – небольшие образования, располо женные над каждой почкой. Они состоят из внешнего слоя, называемого коро й, и внутренней части – мозгового слоя. Обе части имеют свои собственные функции, а у некоторых низших животных это совершенно раздельные структ уры. Каждая из двух частей надпочечников играет важную роль как в нормал ьном состоянии, так и при заболеваниях. Например, один из гормонов мозгов ого слоя – адреналин – необходим для выживания, так как обеспечивает р еакцию на внезапную опасность. При ее возникновении адреналин выбрасыв ается в кровь и мобилизует запасы углеводов для быстрого высвобождения энергии, увеличивает мышечную силу, вызывает расширение зрачков и сужен ие периферических кровеносных сосудов. Таким образом, направляются рез ервные силы для «бегства или борьбы», а кроме того снижаются кровопотери благодаря сужению сосудов и быстрому свертыванию крови. Адреналин стим улирует также секрецию АКТГ (т.е. гипоталамо-гипофизарную ось). АКТГ, в сво ю очередь, стимулирует выброс корой надпочечников кортизола, в результа те чего увеличивается превращение белков в глюкозу, необходимую для вос полнения в печени и мышцах запасов гликогена, использованных при реакци и тревоги. Кора надпочечников секретирует три основные группы гормонов: минерало кортикоиды, глюкокортикоиды и половые стероиды (андрогены и эстрогены). Минералокортикоиды – это альдостерон и дезоксикортикостерон. Их дейс твие связано преимущественно с поддержанием солевого баланса. Глюкоко ртикоиды влияют на обмен углеводов, белков, жиров, а также на иммунологич еские защитные механизмы. Наиболее важные из глюкокортикоидов – корти зол и кортикостерон. Половые стероиды, играющие вспомогательную роль, по добны тем, что синтезируются в гонадах; это дегидроэпиандростерон сульф ат, 4-андростендион, дегидроэпиандростерон и некотор ые эстрогены. Избыток кортизола приводит к серьезному нарушению метаболизма, вызыва я гиперглюконеогенез, т.е. чрезмерное превращение белков в углеводы. Это состояние, известное как синдром Кушинга, характеризуется потерей мыше чной массы, сниженной углеводной толерантностью, т.е. сниженным поступле ние глюкозы из крови в ткани (что проявляется аномальным увеличением кон центрации сахара в крови при его поступлении с пищей), а также деминерали зацией костей. Избыточная секреция андрогенов опухолями надпочечника приводит к маск улинизации. Опухоли надпочечника могут вырабатывать также эстрогены, о собенно у мужчин, приводя к феминизации. Гипофункция (сниженная активность) надпочечников встречается в острой или хронической форме. Причиной гипофункции бывает тяжелая, быстро разв ивающаяся бактериальная инфекция: она может повредить надпочечник и пр ивести к глубокому шоку. В хронической форме болезнь развивается вследс твие частичного разрушения надпочечника (например, растущей опухолью и ли туберкулезным процессом) либо продукции аутоантител. Это состояние, и звестное как аддисонова болезнь, характеризуется сильной слабостью, по худанием, низким кровяным давлением, желудочно-кишечными расстройства ми, повышенной потребностью в соли и пигментацией кожи. Аддисонова болез нь, описанная в 1855 Т.Аддисоном, стала первым распознанным эндокринным заб олеванием. Адреналин и норадреналин – два основных гормона, секретируемых мозгов ым слоем надпочечников. Адреналин считается метаболическим гормоном и з-за его влияния на углеводные запасы и мобилизацию жиров. Норадреналин – вазоконстриктор, т.е. он сужает кровеносные сосуды и повышает кровяно е давление. Мозговой слой надпочечников тесно связан с нервной системой ; так, норадреналин высвобождается симпатическими нервами и действует к ак нейрогормон. Избыточная секреция гормонов мозгового слоя надпочечников (медуллярны х гормонов) возникает при некоторых опухолях. Симптомы зависят от того, к акой из двух гормонов, адреналин или норадреналин, образуется в большем количестве, но чаще всего наблюдаются внезапные приступы приливов, потл ивости, тревоги, сердцебиения, а также головная боль и артериальная гипе ртония. Тестикулярные гормоны. Семенники (яички) имеют две части, являясь железа ми и внешней, и внутренней секреции. Как железы внешней секреции они выра батывают сперму, а эндокринную функцию осуществляют содержащиеся в них клетки Лейдига, которые секретируют мужские половые гормоны (андрогены ), в частности 4-андростендион и тестостерон, основной мужско й гормон. Клетки Лейдига вырабатывают также небольшое количество эстро гена (эстрадиола). Семенники находятся под контролем гонадотропинов (см. выше раздел ГОРМО НЫ ГИПОФИЗА). Гонадотропин ФСГ стимулирует образование спермы (спермато генез). Под влиянием другого гонадотропина, ЛГ, клетки Лейдига выделяют т естостерон. Сперматогенез происходит только при достаточном количеств е андрогенов. Андрогены, в частности тестостерон, ответственны за развит ие вторичных половых признаков у мужчин. Нарушение эндокринной функции семенников сводится в большинстве случа ев к недостаточной секреции андрогенов. Например, гипогонадизм – это сн ижение функции семенников, включая секрецию тестостерона, сперматоген ез или и то, и другое. Причиной гипогонадизма может быть заболевание семе нников, либо – опосредованно – функциональная недостаточность гипоф иза. Повышенная секреция андрогенов встречается при опухолях клеток Лейдига и приводит к чрезмерному развитию мужских поло вых признаков, особенно у подростков. Иногда опухоли семенников вырабат ывают эстрогены, вызывая феминизацию. В случае редкой опухоли семеннико в – хориокарциномы – продуцируется столько хорионических гонадотроп инов, что анализ минимального количества мочи или сыворотки дает те же р езультаты, что и при беременности у женщин. Развитие хориокарциномы може т привести к феминизации. Гормоны яичников. Яичники имеют две функции: развитие яйцеклеток и секре ция гормонов . Гормоны яичников – это эстрогены, прогестерон и 4-андростендион. Эстрогены определяют развитие же нских вторичных половых признаков. Эстроген яичников, эстрадиол, выраба тывается в клетках растущего фолликула – мешочка, который окружает раз вивающуюся яйцеклетку. В результате действия как ФСГ, так и ЛГ, фолликул с озревает и разрывается, высвобождая яйцеклетку. Разорванный фолликул п ревращается затем в т.н. желтое тело, которое секретирует как эстрадиол, т ак и прогестерон. Эти гормоны, действуя совместно, готовят слизистую мат ки (эндометрий) к имплантации оплодотворенной яйцеклетки. Если оплодотв орения не произошло, желтое тело подвергается регрессии; при этом прекра щается секреция эстрадиола и прогестерона, а эндометрий отслаивается, в ызывая менструацию. Хотя яичники содержат много незрелых ф олликулов, во время каждого менструального цикла созревает обычно толь ко один из них, высвобождающий яйцеклетку. Избыток фолликулов подвергае тся обратному развитию на протяжении всего репродуктивного периода жи зни женщины. Дегенерирующие фолликулы и остатки желтого тела становятс я частью стромы – поддерживающей ткани яичника. При определенных обсто ятельствах специфические клетки стромы активируются и секретируют пре дшественник активных андрогенных гормонов – 4-андростендион. Активация стромы возникает, напри мер, при поликистозе яичников – болезни, связанной с нарушением овуляци и. В результате такой активации продуцируется избыток андрогенов, что мо жет вызвать гирсутизм (резко выраженную волосатость). Пониженная секреция эстрадиола имеет место при недоразвитии яичников. Функция яичников снижается и в менопаузе, так как запас фолликулов истощ ается и как следствие падает секреция эстрадиола, что сопровождается це лым рядом симптомов, наиболее характерным из которых являются приливы. И збыточная продукция эстрогенов обычно связана с опухолями яичников. На ибольшее число менструальных расстройств вызвано дисбалансом гормоно в яичников и нарушением овуляции. Гормоны плаценты человека. Плацента – пористая мембрана, которая соеди няет эмбрион (плод) со стенкой материнской матки. Она секретирует хорион ический гонадотропин и плацентарный лактоген человека. Подобно яичник ам плацента продуцирует прогестерон и ряд эстрогенов. Хорионический гонадотропин (ХГ). Имплантации оплодотворенной яйцеклет ки способствуют материнские гормоны – эстрадиол и прогестерон. На седь мой день после оплодотворения человеческий зародыш укрепляется в эндо метрии и получает питание от материнских тканей и из кровотока. Отслоени е эндометрия, которое вызывает менструацию, не происходит, потому что эм брион секретирует ХГ, благодаря которому сохраняется желтое тело: выраб атываемые им эстрадиол и прогестерон поддерживают целость эндометрия. После имплантации зародыша начинает развиваться плацента, продолжающа я секретировать ХГ, который достигает наибольшей концентрации примерн о на втором месяце беременности. Определение концентрации ХГ в крови и м оче лежит в основе тестов на беременность. Плацентарный лактоген человека (ПЛ). В 1962 ПЛ был обнаружен в высокой концен трации в ткани плаценты, в оттекающей от плаценты крови и в сыворотке мат еринской периферической крови. ПЛ оказался сходным, но не идентичным с г ормоном роста человека. Это мощный метаболический гормон. Воздействуя н а углеводный и жировой обмен, он способствует сохранению глюкозы и азотс одержащих соединений в организме матери и тем самым обеспечивает снабж ение плода достаточным количеством питательных веществ; одновременно он вызывает мобилизацию свободных жирных кислот – источника энергии м атеринского организма. Прогестерон. Во время беременности в крови (и моче) женщины постепенно во зрастает уровень прегнандиола, метаболита прогестерона. Прогестерон с екретируется главным образом плацентой, а основным его предшественник ом служит холестерин из крови матери. Синтез прогестерона не зависит от предшественников, продуцируемых плодом, судя по тому, что он практически не снижается через несколько недель после смерти зародыша; синтез проге стерона продолжается также в тех случаях, когда у пациенток с брюшной вн ематочной беременностью произведено удаление плода, но сохранилась пл ацента. Эстрогены. Первые сообщения о высоком уровне эстрогенов в моче беременн ых появились в 1927, и вскоре стало ясно, что такой уровень поддерживается то лько при наличии живого плода. Позже было выявлено, что при аномалии плод а, связанной с нарушением развития надпочечников, содержание эстрогено в в моче матери значительно снижено. Это позволило предположить, что гор моны коры надпочечников плода служат предшественниками эстрогенов. Да льнейшие исследования показали, что дегидроэпиандростерон сульфат, пр исутствующий в плазме крови плода, является основным предшественником таких эстрогенов, как эстрон и эстрадиол, а 16-гидроксидегидроэпиандрост ерон, также эмбрионального происхождения, – основной предшественник е ще одного продуцируемого плацентой эстрогена, эстриола. Таким образом, н ормальное выделение эстрогенов с мочой при беременности определяется двумя условиями: надпочечники плода должны синтезировать предшественн ики в нужном количестве, а плацента – превращать их в эстрогены. Гормоны поджелудочной железы. Поджелудочная железа осуществляет как в нутреннюю, так и внешнюю секрецию. Экзокринный (относящийся к внешней се креции) компонент – это пищеварительные ферменты, которые в форме неакт ивных предшественников поступают в двенадцатиперстную кишку через про ток поджелудочной железы. Внутреннюю секрецию обеспечивают островки Л ангерганса, представленные клетками нескольких типов: альфа-клетки сек ретируют гормон глюкагон, бета-клетки – инсулин. Основное действие инсу лина заключается в понижении уровня глюкозы в крови, осуществляемое гла вным образом тремя способами: 1) торможением образования глюкозы в печен и; 2) торможением в печени и мышцах распада гликогена (полимера глюкозы, ко торый организм при необходимости может превращать в глюкозу); 3) стимуляц ией использования глюкозы тканями. Недостаточная секреция инсулина ил и повышенная его нейтрализация аутоантителами приводят к высокому уро вню глюкозы в крови и развитию сахарного диабета. Главное действие глюка гона – увеличение уровня глюкозы в крови за счет стимулирования ее прод укции в печени. Хотя поддержание физиологического уровня глюкозы в кров и обеспечивают в первую очередь инсулин и глюкагон, другие гормоны – го рмон роста, кортизол и адреналин – также играют существенную роль. Желудочно-кишечные гормоны. Гормоны желудочно-кишечного тракта – гаст рин, холецистокинин, секретин и панкреозимин. Это полипептиды, секретиру емые слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта в ответ на специфи ческую стимуляцию. Полагают, что гастрин стимулирует секрецию соляной к ислоты; холецистокинин контролирует опорожнение желчного пузыря, а сек ретин и панкреозимин регулируют выделение сока поджелудочной железы. Нейрогормоны – группа химических соединений, секретируемых нервными клетками (нейронами). Эти соединения обладают гормоноподобными свойств ами, стимулируя или подавляя активность других клеток; они включают упом янутые ранее рилизинг-факторы, а также нейромедиаторы, функции которых з аключается в передаче нервных импульсов через узкую синаптическую щел ь, отделяющую одну нервную клетку от другой. К нейромедиаторам относятся дофамин, адреналин, норадреналин, серотонин, гистамин, ацетилхолин и гам ма-аминомасляная кислота. В середине 1970-х годов был открыт ряд новых нейромедиаторов, обладающих мо рфиноподобным обезболивающим действием; они получили название «эндорф ины», т.е. «внутренние морфины». Эндорфины способны связываться со специ альными рецепторами в структурах головного мозга; в результате такого с вязывания в спинной мозг посылаются импульсы, которые блокируют провед ение поступающих болевых сигналов. Болеутоляющее действие морфина и др угих опиатов несомненно обусловлено их сходством с эндорфинами, обеспе чивающим их связывание с теми же блокирующими боль рецепторами. Терапевтическое использование гормо нов Гормоны использовались первоначально в случаях недостаточности какой- либо из желез внутренней секреции для замещения или восполнения возник шего гормонального дефицита. Первым эффективным гормональным препарат ом был экстракт щитовидной железы овцы, примененный в 1891 английским врачо м Г.Марри для лечения микседемы. На сегодняшний день гормональная терапи я способна восполнить недостаточную секрецию практически любой эндокр инной железы; прекрасные результаты дает и заместительная терапия, пров одимая после удаления той или иной железы. Гормоны могут использоваться также для стимуляции работы желез. Гонадотропины, например, применяют дл я стимуляции половых желез, в частности для индукции овуляции. Кроме заместительной терапии, гормоны и гормоноподобные препараты исп ользуются и для других целей. Так, избыточную секрецию андрогена надпоче чниками при некоторых заболеваниях подавляют кортизоноподобными преп аратами. Другой пример – использование эстрогенов и прогестерона в про тивозачаточных таблетках для подавления овуляции. Гормоны могут применяться и как агенты, нейтрализ ующие действие других медикаментозных средств; при этом исходят из того , что, например, глюкокортикоиды стимулируют катаболические процессы, а андрогены – анаболические. Поэтому на фоне длительного курса глюкокор тикоидной терапии (скажем, в случае ревматоидного артрита) нередко допол нительно назначают анаболические средства для снижения или нейтрализа ции ее катаболического действия. Часто гормоны применяют как специфические лекарственные средства. Так, адреналин, расслабляющий гладкие мышцы, очень эффективен в случаях прис тупа бронхиальной астмы. Гормоны используются и в диагностических целя х. Например, при исследовании функции коры надпочечников прибегают к ее стимуляции, вводя пациенту АКТГ, а ответ оценивают по содержанию кортико стероидов в моче или плазме. В настоящее время препараты гормонов н ачали применяться почти во всех областях медицины. Гастроэнтерологи ис пользуют кортизоноподобные гормоны при лечении регионарного энтерита или слизистого колита. Дерматологи лечат угри эстрогенами, а некоторые к ожные болезни – глюкокортикоидами; аллергологи применяют АКТГ и глюко кортикоиды при лечении астмы, крапивницы и других аллергических заболе ваний. Педиатры прибегают к анаболическим веществам, когда необходимо у лучшить аппетит или ускорить рост ребенка, а также к большим дозам эстро генов, чтобы закрыть эпифизы (растущие части костей) и предотвратить так им образом чрезмерный рост. При трансплантации органов используют глюкокортикоиды, которые уменьш ают шансы отторжения трансплантата. Эстрогены могут ограничивать расп ространение метастазирующего рака молочной железы у больных в период п осле менопаузы, а андрогены применяются с той же целью до менопаузы. Урол оги используют эстрогены, чтобы затормозить распространение рака пред стательной железы. Специалисты по внутренним болезням обнаружили, что ц елесообразно использовать кортизоноподобные соединения при лечении н екоторых типов коллагенозов, а гинекологи и акушеры применяют гормоны п ри терапии многих нарушений, прямо не связанных с гормональным дефицито м. Гормоны беспозвоночных Гормоны беспозвоночных изучены главным образом на насекомых, ракообра зных и моллюсках, причем многое в этой области все еще остается неясным. И ногда отсутствие сведений о гормонах того или иного вида животных объяс няется просто тем, что у данного вида нет специализированных эндокринны х желез, а отдельные группы клеток, секретирующих гормоны, с трудом подда ются обнаружению. Вероятно, любая функция, регулируемая гормонами в организме позвоночны х, сходным образом регулируется и у беспозвоночных. У млекопитающих, нап ример, нейромедиатор норадреналин учащает сердцебиение, а у краба Cancer pagurus и омара Homarus vulgaris ту же роль играют нейрогормоны – биологически активные веще ства, вырабатываемые нейросекреторными клетками нервной ткани. Обмен к альция в организме регулируется у позвоночных гормоном паращитовидных желез, а у некоторых беспозвоночных – гормоном, который вырабатывается особым органом, расположенным в грудном отделе тела. Гормональной регул яции подчинены и многие другие функции у беспозвоночных, в том числе мет аморфоз, движение и перегруппировка пигментных гранул в хроматофорах, и нтенсивность дыхания, созревание половых клеток в гонадах, формировани е вторичных половых признаков и рост тела. Метаморфоз. Наблюдения над насекомыми выявили роль гормонов в регуляци и метаморфоза, причем показано, что ее осуществляют несколько гормонов. Мы остановимся на двух важнейших гормонах-антагонистах. На каждом из тех этапов развития, которые сопровождаются метаморфозом, нейросекреторн ые клетки головного мозга насекомых вырабатывают т.н. мозговой гормон, с тимулирующий в проторакальной (переднегрудной) железе синтез стероидн ого гормона, индуцирующего линьку, – экдизона. В то самое время, когда в о рганизме насекомого синтезируется экдизон, в прилежащих телах (corpora allata) – д вух небольших железах, расположенных в голове насекомого – вырабатыва ется т.н. ювенильный гормон, который подавляет действие экдизона и обесп ечивает после линьки следующую личиночную стадию. По мере роста личинки ювенильного гормона вырабатывается все меньше и, наконец, количество ег о оказывается уже недостаточным для того, чтобы препятствовать линьке. Н апример, у бабочек уменьшение содержания ювенильного гормона приводит к тому, что последняя личиночная стадия после линьки превращается в куко лку. Взаимодействие гормонов, регулирующих метаморфоз, продемонстрировано в ряде экспериментов. Известно например, что клоп Rhodnius prolixus в ходе нормальног о жизненного цикла до превращения во взрослую форму (имаго) претерпевает пять линек. Если, однако, обезглавить личинки, то у выживших метаморфоз ок ажется укороченным и из них разовьются хотя и миниатюрные, но в остально м нормальные взрослые формы. То же явление можно наблюдать и у личинки ба бочки цекропиевого шелкопряда (Samia cecropia), если удалить у нее прилежащие тела и тем самым исключить синтез ювенильного гормона. В этом случае, так же, как у Rhodnius, метаморфоз будет укороченным и взрослые формы окажутся меньше обы чных. И наоборот, если от молодой гусеницы цекропиевого шелкопряда перес адить прилежащие тела личинке, уже готовой превратиться в имаго, то мета морфоз затянется и личинки будут крупнее обычных. Ювенильный гормон удалось недавно синтезировать и теперь его можно пол учать в больших количествах. Опыты показали, что если воздействовать гор моном в высоких концентрациях на яйца насекомых или на иной стадии их ра звития, когда этот гормон в норме отсутствует, то возникают серьезные на рушения метаболизма, приводящие к гибели насекомого. Подобный результа т позволяет надеяться, что синтетический гормон окажется новым и весьма эффективным средством борьбы с насекомыми-вредителями. По сравнению с х имическими инсектицидами, ювенильный гормон имеет ряд важных преимуще ств. Он не оказывает влияния на жизнедеятельность других организмов, в о тличие от пестицидов, серьезно нарушающих экологию целых регионов. Не ме нее важно и то, что к любому пестициду у насекомого рано или поздно может р азвиться устойчивость, но маловероятно, чтобы у какого-нибудь насекомог о развилась устойчивость к своим собственным гормонам. Размножение. Эксперименты свидетельствуют о том, что гормоны участвуют в размножении насекомых. У комаров, например, они регулируют как образов ание яиц, так и их откладку. Когда самка комара переваривает поглощенную ею порцию крови, стенки желудка и брюшка растягиваются, что служит пуско вым сигналом для передачи импульсов в мозг. Примерно через час особые кл етки в верхней части мозга выделяют в гемолимфу («кровь»), циркулирующую в полости тела, гормон, стимулирующий секрецию другого гормона двумя жел езами, расположенными в области пережима, или шейки. Этот второй гормон с тимулирует не только созревание яиц, но и запасание в них питательных ве ществ. У зрелых самок комара в светлые часы суток под воздействием света на соответствующие центры нервной системы выделяется специальный горм он, стимулирующий откладку яиц, что обычно происходит после полудня, т.е. е ще в дневное время. При искусственной смене «ночи на день» этот порядок м ожет быть нарушен: в опытах с комаром Aedes aegypti (переносчиком желтой лихорадки) самки откладывали яйца ночью, если их держали ночью в освещенных садках, а днем – в затемненных. У большинства видов насекомых откладку яиц стим улирует гормон, вырабатываемый определенным участком прилежащих тел. У тараканов, кузнечиков, клопов и мух созревание яичников зависит от одн ого из гормонов, секретируемых прилежащими телами; в отсутствие этого го рмона яичники не созревают. В свою очередь яичники вырабатывают гормоны , влияющие на прилежащие тела. Так, при удалении яичников наблюдалась дег енерация прилежащих тел. Если же такому насекомому пересаживали зрелые яичники, то спустя некоторое время обычный размер прилежащих тел восста навливался. Половые различия. Многим беспозвоночным, в том числе и насекомым, свойст вен половой диморфизм, т.е. различие морфологических признаков у мужских и женских особей. У комаров, например, самка питается кровью млекопитающ их и ее ротовой аппарат приспособлен к прокалыванию кожи, а самцы питают ся нектаром или растительными соками и хоботок у них более длинный и тон кий. У пчел половой диморфизм отчетливо коррелирует с особенностями пов едения и судьбы каждой касты особей: самцы (трутни) служат лишь для размно жения и после брачного полета погибают, самки представлены двумя кастам и – маткой (царицей), которая имеет развитую половую систему и участвует в размножении, и стерильными рабочими пчелами. Наблюдения и эксперимент ы, проводимые над пчелами и другими беспозвоночными, показывают, что раз витие половых признаков регулируется гормонами, которые вырабатываютс я половыми железами. У многих ракообразных мужской половой гормон (андроген) вырабатывается андрогенной железой, находящейся в семяпроводе. Этот гормон необходим д ля формирования семенников и придаточных (копулятивных) половых органо в, а также для развития вторичных половых признаков. При удалении андрог енной железы меняются и форма тела, и функции, так что кастрированный сам ец становится в конце концов похожим на самку. Изменение окраски. Способность к изменению окраски тела свойственна мн огим беспозвоночным, в том числе насекомым, ракообразным и моллюскам. Па лочник Dixippus на зеленом фоне кажется зеленым, а на более темном напоминает п алочку, как бы покрытую корой. У палочников, как и у многих других организм ов, изменение окраски тела в зависимости от окраски фона – одно из главн ых средств защиты, позволяющее животному ускользнуть от внимания хищни ка. В организме беспозвоночных, способных к изменени ю окраски тела, вырабатываются гормоны, стимулирующие движение и перегр уппировку гранул пигментов. Как в светлое, так и в темное время суток, зеле ный пигмент распределен в хроматофорах равномерно, поэтому в дневные ча сы палочник окрашен в зеленый цвет. Гранулы же коричневого и красного пи гментов в условиях освещенного фона сгруппированы по краям клетки. При н аступлении темноты или снижении освещенности происходит рассеивание г ранул темных пигментов и насекомое приобретает окраску коры деревьев. Р еакция хроматофоров вызывается нейрогормоном, выделяемым мозгом в отв ет на изменение освещенности фона. Под действием света этот гормон посту пает в кровь и доставляется ею к клетке-мишени. Другие гормоны насекомых, регулирующие перемещение пигментов, поступают в кровь из прилежащих те л и из ганглия (нервного узла), расположенного под пищеводом. Ретинальные пигменты сложного глаза ракообразных тоже перемещаются в ответ на изменение освещенности, и эта адаптация к свету подчинена гормо нальной регуляции. Кальмары и другие моллюски также имеют пигментные кл етки, реакция которых на свет регулируется гормонами. У кальмара хромато форы содержат синий, пурпурный, красный и желтый пигменты. При соответст вующей стимуляции его тело может принимать различную окраску, что дает е му возможность мгновенно приспосабливаться к окружающей среде. Механизмы, управляющие перемещением п игментов в хроматофорах, различны. У осьминога Eledone в хроматофорах имеются волокна, способные сокращаться в ответ на действие тирамина – гормона, вырабатываемого слюнной железой. При их сокращении область, занимаемая пигментами, расширяется и тело осьминога темнеет. При расслаблении воло кон в ответ на действие другого гормона, бетаина, эта область сокращаетс я и тело светлеет. Иной механизм перемещения пигментов обнаружен в клетках кожи насекомы х, в клетках сетчатки некоторых ракообразных и у холоднокровных позвоно чных. У этих животных пигментные гранулы связаны с высокополимерными бе лковыми молекулами, которые способны переходить из состояния золя в гел ь и обратно. При переходе в состояние геля объем, занимаемый белковыми мо лекулами, уменьшается и пигментные гранулы собираются в центре клетки, ч то наблюдается в темновой фазе. В световой фазе белковые молекулы перехо дят в состояние золя; это сопровождается увеличением их объема и рассеив анием гранул по всей клетке. Гормоны позвоночных У всех позвоночных гормоны одинаковы или очень сходны, а у млекопитающих это сходство настолько велико, что некоторые гормональные препараты, по лученные от животных, используются для инъекций человеку. Иногда, впроче м, тот или иной гормон действует у разных видов по-разному. Например, выраб атываемый яичниками эстроген влияет на рост перьев цыплят породы легго рн и не влияет на рост перьев у голубей. Не все исследования, посвященные роли гормонов, позволяют сделать доста точно четкие выводы. Противоречивы, например, данные, касающиеся роли го рмонов в миграциях птиц. У некоторых видов, в частности у зимнего юнко, гон ады весной с увеличением продолжительности дня увеличиваются, и это нав одит на мысль, что именно гормоны инициируют миграцию. Однако у других ви дов птиц такой реакции не наблюдается. Неясна также роль гормонов в тако м явлении, как зимняя спячка у млекопитающих. Тироксин, тиреоидный гормон позвоночных, вырабатываемый щитовидной же лезой, регулирует основной обмен и процессы развития. Эксперименты пока зали, что у пресмыкающихся, например, периодические линьки, по крайней ме ре частично, регулируются тироксином. У земноводных функция тироксина лучше всего изучена на лягушках. Голова стики, в пищу которых добавляли экстракт щитовидной железы, переставали расти и рано превращались в маленьких взрослых лягушек, т.е. у них наблюда лся ускоренный метаморфоз. При удалении же у них щитовидной железы метам орфоза не происходило и они так и оставались головастиками. Важную роль играет тироксин в жизненном цикле и другого земноводного – тигровой амбистомы. Неотеническая (способная к размножению) личинка амб истомы – аксолотль – обычно не претерпевает метаморфоза, оставаясь на личиночной стадии. Однако, если добавить в пищу аксолотля небольшое коли чество экстракта бычьей щитовидной железы, то метаморфоз произойдет и и з аксолотля разовьется маленькая черная дышащая воздухом амбистома. Водный и ионный баланс. У земноводных и млекопитающих диурез (мочеотделе ние) стимулируется гидрокортизоном – гормоном, секретируемым корой на дпочечников. Противоположное – угнетающее – влияние на диурез оказыв ает другой гормон, который вырабатывается гипоталамусом, поступает в за днюю долю гипофиза, а из него в системный кровоток. У всех позвоночных, за исключением рыб, имеются паращитовидные железы, с екретирующие гормон, способствующий поддержанию баланса кальция и фос фора. По-видимому, у костистых рыб функцию паращитовидных желез выполняю т какие-то иные структуры, но точно это пока не установлено. Другие участв ующие в метаболизме гормоны, регулирующие баланс ионов калия, натрия и х лора, секретируются корой надпочечников и задней долей гипофиза. Гормон ы коры надпочечников повышают содержание ионов натрия и хлора в крови у млекопитающих, пресмыкающихся и лягушек. Инсулин. Два гормона, регулирующие содержание сахара в крови – инсулин и глюкагон, – вырабатываются специализированными клетками поджелудоч ной железы, составляющими островки Лангерганса. Различают четыре типа к леток: альфа, бета, C и D. Доля этих клеточных типов в разных группах животных варьирует, а у ряда земноводных имеются только бета-клетки. Некоторые ви ды рыб не имеют поджелудочной железы и островковая ткань обнаруживаетс я у них в стенке кишечника; есть также виды, у которых она находится в пече ни. Известны рыбы, у которых скопления островковой ткани представлены в виде отдельных эндокринных желез. Секретируемые островковыми клетками гормоны – инсулин и глюкагон – выполняют, по-видимому, одну и ту же функ цию у всех позвоночных. Гормоны гипофиза. Гипофиз секретирует разнообразные гормоны; их действ ие хорошо известно по наблюдениям над млекопитающими, но ту же роль игра ют они и во всех других группах позвоночных. Если, например, впавшей в зимн юю спячку самке лягушки сделать инъекцию экстракта из передней доли гип офиза, это приведет к стимуляции созревания яиц и она начнет откладывать икру. У африканского ткачика вырабатываемый передней долей гипофиза го надотропный гормон инициирует секрецию семенниками мужского полового гормона. Этот гормон стимулирует расширение выносящих канальцев семен ника, а также образование пигмента меланина в клюве и как следствие поте мнение клюва. У того же африканского ткачика вырабатываемый задней доле й гипофиза лютеинизирующий гормон инициирует синтез пигментов в некот орых перьях и секрецию прогестерона желтым телом яичника. Изменение окраски тела холоднокровных животных, например хамелеонов и некоторых рыб, регулируется еще одним гипофизарным гормоном, а именно ме ланоцит-стимулирующим гормоном (МСГ), или интермедином. Имеется этот гор мон также и у птиц и млекопитающих, но какого-либо влияния на пигментацию он в большинстве случаев не оказывает. Присутствие МСГ в организме птиц и млекопитающих, где это гормон не играет, по-видимому, заметной роли, позв оляет сделать ряд предположений по поводу эволюции позвоночных. Список литературы Догель В.А. Зоология беспозвоночных. М., 1981 Теппермен Дж., Теппермен Х. Физиология обмена веществ и эндокринной сист емы. М., 1989 Хадорн Э., Венер. Р. Общая зоология. М., 1989 Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биол огия клетки, т. 2. М., 1994 Физиология человека, под ред. Шмидта Р., Тевса Г., тт. 2– 3. М., 1996 Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://bio.freehostia.com