Регуляция обмена веществ. Гормоны

78. Основные регуляторные системы организма и механизмы регуляции метаболизма и функций.

В механизмах регуляции, обеспечивающих гомеостаз, а также время, направление и величину изменений, можно выделить три уровня. Первый уровень— внутриклеточные механизмы регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самой клетке или поступающие в нее извне. Эти вещества могут действовать тремя способами: а) изменять активность ферментов путем ингибирования или активации; б) изменять количество ферментов и других белков путем индукции или репрессии их синтеза или путем изменения ско­рости их распада; в) изменять скорость трансмембранного переноса веществ, взаимодействуя с мембраной.

Внутриклеточные механизмы регуляции действуют как у одноклеточных организмов, так и в клетках многоклеточных организмов. Но у сложно устроенных многоклеточных организмов с дифференцированными органами, выполняющими специальные функции, возникает необходимость межорганной координации обмена веществ. Например, интенсивная работа мышц требует включения процессов мобилизации гликогена в печени или мобилизации жиров в жировой ткани. Межорганная координация обеспечивается передачей сигналов двумя путями: через кровь с помощью гормонов (эндокринная система) и через нервную систему. Эндокринная система - второй уровень регуляции. Она представлена железами (иногда отдельными клетка ми), синтезирующими гормоны---химические сигналы. Гормоны освобождаются в кровь в ответ на специфический стимул. 'Этим стимулом может быть нервный импульс или изменение концентрации определенного вещества в 'крови, протекающей через эндокринную железу "(например, снижение концентрации глюкозы). Гормон транспортируется с. кровью и, достигая клеток-мишеней, модифицирует в них обмен веществ через внутриклеточные механизмы, т. е. путем изменения активности или количества ферментов. В результате изменения обмена веществ устраняется стимул, вызвавший освобождение гормона (например, повышается концентрация глюкозы в крови). Выполнивший свою функцию гормон разрушается специальными ферментами. Третий уровень регуляции -- нервная система с рецепторами сигналов как внешний среды, так и внутренней. Сигналы трансформируются в волну деполяризации нервного волокна (нервный 'импульс), который в синапсе с клеткой-эффектором вызывает освобождение медиатора —- химического сигнала. Медиатор через внутриклеточные механизмы регуляции вызывает изменение обмена веществ. Клетками-эффекторами могут быть и некоторые эндокринные клетки, отвечающие на нервный импульс синтезом и выделением гормона. Все три уровня регуляции теснейшим образом взаимосвязаны и функционируют как единая

79. Гормоны. Классификация, их место в системе регуляции метаболизма. Механизм передачи гормонального сигнала в клетку.

1. Сложные белки — гликопротеины; к ним относятся: фолликулостимулирующий, лютеинизирующий, тиреотропный гормоны и др. 2. Простые белки: пролактин, соматотропный гормон (соматотропин, гормон роста), инсулин и др. 3. Пептиды: кортикотропин (АКТГ), глюкагон, кальцитонин, соматостатин, вазопрессин, окситоцин и др. 4. Производные аминокислот: катехоламины, тиреоидные гормоны, мелатонин и др. 5. Стероидные соединения и производные жирных кислот (простагландины). Стероиды составляют большую группу гормональных веществ; к ним относятся гормоны

система.

По биологич.ф-ям: 1-регулирующие обмен углеводов, жиров и АК(инсулин, глюкагон,адреналин, глбкокортикостероиды(кортизол). 2-регулирующие водно-солевой обмен(минералокортикостероиды,алдостерон,вазопрессин АДГ). 3-рег.обмен Са и фосфатов(паратгормон,кальцитонин, кальцитриол). 4-регюобмен в-в,связанный с репродуктивной ф-ей(эстрадиол, прогестерон, тестостерон). 5-рег.ф-ии эндокринных желез(тропные гормоны-кортикотропин, тиротропин,гонадотропин)

По механизму передачи сигнала в клетку-мишень гормоны можно разделить на две группы. Первую группу составляют пептидные гормоны и адреналин. Их рецепторы расположены на наружной поверхности плазматической мембраны, и гормон внутрь клетки не проникает. Эти гормоны (первые вестники сигнала) передают сигнал посредст вом второго вестника, роль которого выполняет цАМФ. После присоединения гормона к рецептору следует цепь событий, из меняющих метаболизм клетки (например, включается каскадный механизм мобилизации гликогена и т. п.). Другую группу составляют стероидные гормоны и тироксин. Рецепторы этих гормонов находятся в цитозоле клетки. Гормон проникает из крови в клетку, соединяется с рецептором и вместе с ним транспортируется в ядро. Стероидные гормоны и тироксин изменяют обмен веществ,

влияя на транскрипцию, а следователь но, и на синтез белков.

80. Регуляция обмена аминокислот, жиров и углеводов. Изменение концентрации гор­монов в зависимости от ритма питания. Изменение гормонального статуса и метаболизма при голодании и действии других экстремальных факторов.

Регуляция обмена амин.к-т., жиров, углеводов. метаболические пути углеводов, жиров и аминокислот часто переплетаются. Взаимосвязь обмена этих групп веществ проявля­ется в наличии общего для них пути катаболизма и в возможности их взаимопревращений. Возможностью взаимопревращений объясняется частичная взаимозаменяемость угле­водов, липидов и белков (аминокис­лот) в питании. С этим же связана неэффективность попыток лечения ожирения без жировой диетой. Сле­дует отметить необратимость превращения пирувата и аминокислот в ацетил-КоА. Это означает, что апетил-КоА в орга-

низме человека не может быть ис­пользован для синтеза глюкозы, глицерина, аминокислот. Жирные кислоты при окислении пре вращаются в ацетил-КоА, следовательно, ис­пользование жирных кислот для синтеза углеводов тоже невозможно. Значительная масса углеводов, жиров и аминокислот расходуется в каче­стве источников энергии. Особенно это относится к углеводам: на их долю приходится половина или больше всего количества потребляемой пищи, а содержание углеводов в организме составляет лишь '/2 часть от всех других компонентов (вода в расчет не принимается). Основными энерго­носителями, которые через кровоток распределяются по органам, служат глюкоза, жиры липопротеинов, жирные кислоты и кетоновые тела .. Глав­ными их продуцентами являются печень и жировая ткань; потребляют эти энергоносители все органы, но в количественном отношении первое место принадлежит мышечной ткани вследствие ее значительной массы. В зависимости от состава пищи, ритма питания, физиологи ческой активно­сти происходит изменение скоростей превращений углеводов, жиров, аминокислот и переключение с ис­пользования одного из них на ис­пользование другого. Эти пере­стройки метаболизма регулируются гормонами

Ацетон не используется в организме и выводится главным образом с выдыхаемым воздухом и через кожу: уже на третий-четвертый день ощуща­ется запах ацетона изо рта и от кожи голодающего человека. В этой фазе энергетические потребности мышц и большинства других органов удовлетворяются за счет жирных кислот и кетоновых тел. Поскольку концентрация инсулина в крови при голодании очень низка, глюкоза в мышечные клетки не проникает. Потребителями глюкозы в этих усло­виях становятся только инсулиноне­зависимые клетки и прежде всего клетки мозга. Однако и в мозге в этом периоде часть энергетических потребностей обеспечивается кетоно­выми телами. Глюконеогенез продол­жается за счет распада тканевых белков. Интенсивность обмена ве­ществ в целом снижена: через неделю голодания потребление кислорода уменьшается примерно на 40%.

Третья фаза продолжается несколько недель. Скорость распада белков стабилизируется на уровне примерно 20 г в сут­ки; при распаде такого количества белков образуется и выводит­ся около 5 г мочевины в сутки (при обычном питании 25—30 г). Азотистый баланс во все фазы голодания отрицательный, по­скольку поступление азота равно нулю. Соответственно снижению скорости распада белков уменьшается и скорость глюконеоге­неза. В этой фазе и для мозга основным источником энергии становятся кетоновые тела. Если в этой фазе ввести аланин или другие гликогенные аминокислоты, немедленно повышается кон­центрация глюкозы в крови и снижается концентрация

81. Инсулин. Строение, образование, функции, механизм действия, инактивация. Из­ме­нения концентрации инсулина в зависимости от ритма питания.

биосинтез инсулина осуществляется в β-клетках панкреатических островков из своего предшественникапроинсулина. Проинсулин лишен биологической, т.е. гормональной, активности. Проинсулин превращается в инсулин путем частичного протеолиза .

Синтез и секреция инсулина регулируются глюкозой. Концент­рация инсулина в крови человека в постабсорбтивном состоянии равна 1,3-10 моль/л. И после приема пищи или раствора саха­розы концентрация глюкозы в крови повышается, что приводит к увеличению концентрации инсулина.

Инсулин увеличивает проницаемость плазматической мембра­ны для глюкозы и некоторых аминокислот. Многие клетки нуж­даются в инсулине для переноса глюкозы через мембрану внутрь клетки; наиболее важным исключением являются клетки мозга. Независимо от влияния на проницаемость инсулин стимулирует синтез гликогена в печени и мыцщах, синтез жиров в печени и жировой ткани, синтез белков в печени, мышцах и других орга­нах. Все эти изменения направлены на ускоренное использование глюкозы, что приводит к снижению концентрации глюкозы в крови. Концентрация аминокислот также снижается (вследствие стимуляции синтеза белков), а концентрация липопротеинов увеличивается (вследствие стимуляции синтеза жиров в печени). Главные органы-мишени для инсулина •— печень, мышцы и жи­ровая ткань. До сих пор неизвестны первичные пункты действия инсулина. Для многочисленных изменений обмена, наблюдаемых при введении инсулина, не удается установить причинно-след­ственные отношения.

При низкой концентрации глюкозы инсулин перестает выде­ляться в кровь, а уже имеющийся разрушается главным образом в печени — при однократном прохождении крови через печень разрушается около 80% инсулина

82. Сахарный диабет. Важнейшие изменения гормонального статуса и метаболизма при диабете. Биохимические механизмы формирования симптомов болезни и развития диабетической комы.

Сахарный диабет — одна из самых распространенных болез­ней: в мире насчитывается около 30 млн. больных диабетом. В основе болезни — нарушение регуляции обмена инсулином. При некоторых формах диабета снижен синтез инсулина, и его концентрация в крови в несколько раз меньше, чем в норме. Такие формы поддаются лечению инсулином: это так называемый инсулинозависимый диабет, или диабет 1 типа. Есть формы, ког­да содержание -инсулина в крови нормально — инсулинонезависимьш диабет, или диабет II типа', очевидно, в этих случаях имеются нарушения не синтеза инсулина, а других звеньев инсулиновой регуляции.

Все формы проявляются как недостаточность инсулина. Рассмотрим основные симптомы диабета и биохимические ме­ханизмы их возникновения.

1. Гиперглюкоземия и глюкозурия. Вследствие недостаточности инсулина ослаблены все процессы использования глюкозы тканями. Глюкоза, всасывающаяся из кишечника, накапливается в крови в больших концентрациях и надолго задерживается в ней. Адреналин, кортизол, глюкагон являются антагонистами ин­сулина в отношении влияния на концентрацию глюкозы в крови. Эти гормоны при диабете продолжают действовать и усугубляют гиперглюкоземию.

2Концентрация глюкозы в крови после приема пищи превышает величины, характерные для нормальной алиментарной гиперглюкоземии (см. рис. 134), и может достигать 500 мг/дл. Гиперглюкоземия сохраняется и в постабсорбтивном состоянии. Самые легкие формы диабета проявляются гиперглюкоземией лишь после приема пищи, т. е. снижением толерант­ности к глюкозе (обнаруживается методом сахарной нагрузки). Это так называемый скрытый диабет.

Когда концентрация глюкозы в крови превышает почечный по­рог (180 мг/дл), глюкоза начинает выделяться с мочой (глюкозурия). В норме концентрация глюкозы в моче 10—20 мг/дл; при диабете она увеличивается в десятки раз. В норме за сутки с мо­чой выводится меньше 0,5 г глюкозы; при диабете может вы­водиться больше 100 г. Именно глюкозурия послужила основа­нием для названия болезни — diabetes mellitus (от лат. diabe­tes — прохожу через, rnelle — мед). Название возникло в те вре­мена, когда врачи, анализируя мочу, пробовали ее на вкус.

2. Кетонемия и кетонурия. Вследствие недостаточности инсу­лина уменьшается отношение инсулин/глюкагон, т. е. имеется от­носительная избыточность глюкагона. По этой причине печень постоянно функционирует в режиме, который у здоровых людей характерен для постабсорбтивного состояния, т. е. интенсивно окисляет жирные кислоты и продуцирует кетоновые тела. По­скольку глюкоза при недостаточности инсулина усваивается клетками плохо, значительная часть потребностей организма в энергии обеспечивается за счет использования кетоновых тел. При диабете кетонемия часто бывает 100 мг/дл, а может достигать и 350 мг/дл. При та­кой кетонемии возникает и кетонурия — с мочой выделяется до 5 г кетоновых тел в сутки. В тканях происходит декарбоксилирование ацетоуксусной кислоты: от больных исходит запах аце­тона, который ощущается даже на расстоянии.

Кетоновые тела, являясь кислотами, снижают буферную ем­кость крови, а при высоких концентрациях снижают и рН кро­ви — возникает ацидоз. В норме рН крови равна 7,4чь0,04. При содержании кетоновых тел 100 мг/дл и больше рН крови может быть близко к 7,0. Ацидоз такой степени резко нарушает функ­ции мозга, вплоть до потери сознания.

3. Азотемия и азотурия. При недостаточности инсулина сни­жается синтез белков и соответственно увеличивается катаболизм аминокислот. В связи с этим у больных повышена концен­трация мочевины в крови и увеличено ее выведение с мочой.

4. Полиурия и полидипсия. Концентрационная способность почек ограничена, поэтому для выведения больших количеств глюкозы, кетоновых тел и мочевины при диабете требуется вы­деление больших количеств воды. Больные выделяют мочи в 2—3 раза больше, чем в норме (полиурия). Соответственно и потреб­ление воды у них увеличивается (полидипсия). При тяжелых формах диабета может наступить обезвоживание организма: в результате выделения больших количеств мочи уменьшается объ­ем крови; в нее поступает вода из межклеточной жидкости; меж­клеточная жидкость становится гиперосмоляльной и “всасывает” воду из клеток. Быстро развиваются внешние признаки дегидра­тации — сухие слизистые оболочки, дряблая и морщинистая ко­жа, запавшие глаза. Кровяное давление при этом падает, и по­этому ухудшается снабжение тканей кислородом.

Ацидоз, вызванный накоплением кетоновых тел, и дегидрата­ция — наиболее грозные симптомы диабета. Они являются пред­шественниками диабетической комы — резкого нарушения всех функций организма с потерей сознания. Больного, находящегося в предкоматозном или коматозном состоянии, можно спасти вве­дением в кровь инсулина и больших количеств физиологического раствора.

Здесь рассмотрены наиболее характерные симптомы диабета. Существует много форм диабета, различающихся как по тяже­сти, так и по набору симптомов. В регуляции обмена углеводов, жиров и аминокислот участвуют не только те гормоны, о которых здесь шла речь, но и ряд других — соматотропин, соматостатин, тироксин, половые гормоны. Различные состояния этих систем у разных людей создают разнообразие форм диабета. Кроме то­го, проявления диабета могут быть разными в зависимости от то­го, в каком звене нарушена инсулиновая регуляция это может быть снижение скорости синтеза или секреции инсулина на любом из многочисленных этапов процесса или уве­личение скорости инактивации инсулина в печени и крови, или нарушение его связывания с рецепторами. В первых двух слу­чаях концентрация инсулина в крови снижена (в 2—10 раз, диа­бет 1 типа), в третьем случае нормальна или даже больше нормы (диабет II типа).

Частота заболеваемости диабетом среди родственников боль­ных выше, чем в случайной подборке людей. Это свидетельствует о наследственной предрасположенности к диабету; предрасполо­женность наследуется как рецессивный признак. С другой сто­роны, заболеваемость зависит и от условий существования, преж­де всего от питания: высококалорийная, богатая жирами и угле­водами пища способствует проявлению болезни у предрасполо­женных к ней людей.

Основным методом лечения диабета является заместительная терапия, т. е. систематическое введение недостающего гормона.

83. Регуляция водно-солевого обмена. Строение, метаболизм и механизм действия вазопрессина и альдостерона. Ренин-ангиотензиновая система. Биохимические меха­низ­мы развития почечной гипертензии, отеков, обезвоживания.

Вода и растворенные в ней вещества, в том числе минераль­ные соли, создают внутреннюю среду организма, свойства ко­торой сохраняются постоянными или изменяются закономерным образом при изменении функционального состояния органов и клеток.

Вода тканей является не просто растворителем или инертным компонентом: она выполняет существенную структурную и функ­циональную роль. Например, взаимодействие белков с водой обеспечивает их конфирмацию с преимущественным расположе­нием гидрофильных групп на поверхности белковой глобулы, а гидрофобных — внутри. Еще большее значение имеет вода для структурной организации биологических мембран и их основы — двойного липидного слоя, в котором гидрофильные поверхности каждого монослоя взаимодействуют с водой, отграничивая от нее гидрофобное пространство внутри мембраны, между монослоями.

Вода служит средством транспорта веществ как в пределах клетки и окружающего ее многоклеточного вещества, так и меж­ду органами (кровеносная и лимфатическая системы). Подавля­ющая часть химических реакций в организме происходит с ве­ществами, растворенными в воде. Во многих химических превра­щениях вода служит реагентом: это реакции гидролиза, гидрата­ции, дегидратации, образование воды при тканевом дыхании, гидроксилазных реакциях; у растений происходит фотоокисление воды, и образующийся при этом водород используется для вос­становления углекислого газа при фотосинтезе.

Почти 1\3 массы тела человека приходится на воду. Суточное потребление воды составляет около 2 л, к этому добавляется 0,3—0,4 л метаболической воды, образующейся при тканевом дыхании. При отсутствии питья человек погибает через несколько суток в результате дегидратации тканей, когда количество воды в организме уменьшается примерно на 12%.

Основными параметрами жидкой среды организма являются осмотическое давление, рН и объем. Осмотическое давление и рН межклеточной жидкости и плазмы крови одинаковы; они также одинаковы в межклеточной жидкости разных органов. С другой стороны, значение рН внутри клеток разных типов может быть различным; оно может быть различным и в разных отсеках одной клетки. Различие рН объясняется особенностями метаболизма, механизмами активного транспорта, избирательной проницае­мостью мембран. Однако значение рН, характерное для данного типа клеток, поддерживается на постоянном уровне; повышение или понижение рН приводит к нарушению функций клетки. Под­держание постоянства внутриклеточной среды обеспечивает постоянством осмотического давления, рН и объема межклеточной жидкости и плазмы крови. В свою очередь постоянство параметров внеклеточной жидкости определяется действием почек и системы гормонов, регулирующих их функцию.

Осмотическое давление внеклеточной жидкости в значитель­ной мере зависит от соли (NaCL), которая в этой жидкости содержится в наибольшей концтатрации . Поэтому основ­ной механизм регуляции осмотического давления связан с изме­нением скорости выделения либо воды, либо NaCl Регуляция объема происходит путем одновременного изменения скорости выделения и воды, и NaCI. Кроме того, мёханизм жажды регулирует потребление воды. Регуляция рН обеспечивается избирательным выде­лением кислот или щелочей с мочой; рН мочи в зависимости от этого может изменяться в пределах от 4,6 до 8,0.

С нарушением водно-солевого гомеостаза связаны такие па­тологические состояния, как дегидратация тканей или отеки, по­вышение или снижение кровяного давления, шок, ацидоз, алка­лоз.

Вазопрессин синтезируется в нейронах гипоталамуса, по аксонам

транспортируется в заднюю долю гипофиза и секретируется из окончаний этих аксонов в кровь. Осморецепторы гипоталамуса при повышении осмотического давления тканевой жидкости сти­мулируют освобождение вазонрессина из секреторных гранул. Вазопрессин увеличивает скорость реадсорбции воды из первич­ной мочи и тем самым уменьшает диурез. Моча при этом становится более концентрированной. Таким путем антидиуретический гормон сохраняет необходимый объем жидкости в организме, не влияя на количество выделяемого NaCI. Осмотическое давле­ние внеклеточной жидкости при этом уменьшается, т. е. лик­видируется стимул, который вызвал выделение вазопрессина.

При некоторых болезнях, повреждающих гипоталамус или ги­пофиз (опухоли, травмы, инфекции), синтез и секреция вазопрес­сина уменьшаются.

Кроме снижения диуреза вазопрессин вызывает также суже­ние артериол и капилляров , а следователь­но, и повышение кровяного давления. Это действие обнаружива­ется лишь при достаточно высокой концентрации вазопрессина и, вероятно, не имеет физиологического значения.

Альдостерон. Этот стероидный гормон вырабатывается, в коре. надпочечников; он содержит альдегидную группу, что нашло от­ражение в его названии. Суточная секреция альдостерона из­меряется микрограммами. Секреция увеличивается при снижении концентрации NaCI в крови. В почках Альдостерон увеличивает скорость pea6cop6ции в канальцах нефронов, что вызывает задержку NaCI в организме, Тем самым устраняется стимул, который вызвал секрецию альдостерона.

Избыточная секреция альдостерона {гиперальдостеронизм) приводит, соответственно, к избыточной задержке NaCI и повы­шению осмотического давления внеклеточной жидкости. А это служит сигналом освобождения вазопрессина, который ускоряет реабсорбцию воды в почках. В результате в организме накаплива­ется и NaCI, и вода; объем внеклеточной жидкости увеличивается при сохранении нормального осмотического давления. Ежедневное введение альдостерона человеку приводит к дополнительному накоплению в организме до 400 ммоль NaCI (около Юг) и до “3 л воды, после чего дальнейшее накопление прекращается. В ре­зультате увеличения объема внеклеточной жидкости повышается кровяное давление.

Система ренин — ангиотензин. Эта система служит главным механизмом регуляции секреции альдостерона; от нее зависит также и секреция вазопрессина.

Ренин представляет собой протеолитический фермент, син­тезирующийся в юкстагломерулярных клетках, окружающих при­носящую артериолу почечного клубочка. Юкстагломерулярные клетки являются рецепторами растяжения стенки артериолы; снижение кровяного давления в приносящих артериолах служит сигналом секреции ренина в кровь. ' \

Субстратом ренина является ангиотензиноген — гликопротеин крови, синтезирующийся в печени. Ренин гидролизует пептидную связь между Leu 10 и Leu II в молекуле ангиотензиногена, и от нее отщепляется N-концевой декапептид ангиотензин 1. Последний превращается в ангиотензин II (октапептид) при действии карбоксидипептидилпептидазы, отщепляющей дипептид His—Lei с карбоксильного конца ангиотензина 1. Карбоксидипептидил-пептидаза имеется в плазматической мембране эндотелия кровеносных сосудов; особенно высока активность этого фермента легких. Ангиотензин II — наиболее мощное из известных сосудосуживающих веществ; вследствие этого действия он повышает кровяное давление. Кроме того, ангиотензин II стимулирует освобождение альдостерона, а также вазопрессина, и вызывает жажду Эти свойства ангиотензина II определяют его роль в регуляции водно-солевого обмена.

Ренин-ангиотензиновая система играет важную роль при восстановлении объема крови, который может уменьшиться результате кровотечения, обильной рвоты, поноса (диарея) . Сужение сосудов под действие ангиотензина II играет роль экстренной меры для поддержания кровяного давления. Затем поступающие с питьем и пищей вод и NaCI задерживаются в организме в большей мере, чем в норме, что обеспечивает восстановление объема и давления крови

Снижение перфузионного давления в почечных клубоч­ках может наступить и вслед­ствие сужения (стеноза) по­чечной артерии. В этом случае также включается вся система, представленная на рис. 128. Однако, поскольку исходные объем и давление крови при этом нормальны, включение си­стемы приводит к повышению кровяного давления сверх нор­мы как вследствие сужения со­судов ангиотензином II, так и вследствие хронической задер­жки воды и NaCI. Эту форму гипертонии называют почечной.

84. Кальций и фосфор. Биологические функции, распределение в организме. Регуля­ция обмена. Гипо- и гиперкальциемия. Рахит.

Основные функции кальция заключаются в следующем:

1) соли кальция образуют минеральный компонент костей;

2) ионы кальция являются кофакторами многих ферментов и не ферментных белков;

3) ионы кальция во взаимодействии с бел­ком кальмодулином служат посредником в передаче регуляторных сигналов (подобно цАМФ). Поскольку концентрация комплекса зависит от концентрации Са, активность фермента тоже зависит от концентрации Са в клетке. При снижении концентрации Са происходит распад активного комплекса и снижение активности фермент.

Таким способом регулируется активность фосфодиэстеразы цАМФ, липаз, некоторых протеинкиназ, в том числе киназы фосфорилазы б.

Концентрация Са в клетке зависит от Са-АТФазы, каль­циевых каналов и от концентрации Са во внеклеточной жид­кости, а в последней она регулируется гормонами.

В организме взрослого человека содержится около 1,5 кг кальция, который образует два неравных фонда. Один из них — это кальций костей. В состав костей входит 99% всего кальция организма, 87% фосфора, около 60% магния и примерно 25% натрия. Кальций в костях находится в форме минерала гидро-ксиапатита. Мине­ральные компоненты кости составляют половину ее массы; дру­гая половина образована органическим матриксом, который на 90% состоит из коллагена. Поскольку минеральная часть кости имеет большую плотность, на нее приходится только четверть объема кости.

Другой фонд кальция в организме — это ионы Са^, раство­ренные в жидкостях или соединенные & белками жидкостей и тканей. Между обоими фондами происходит постоянный обмен кальцием.

Обмен кальция тесно связан с обменом фосфорной кислоты, образующей с кальцием ПЛОХО растворимые соли В регуляции обмена кальция участвуют паратгормон, производные витамина Вз и кальцитонин.

ПАРАТГОРМОН

Параттормон — это пептидный гормон (84 аминокислотных остатка), образующийся в паращитовидных железах, располо­женных на задней поверхности щитовидной железы. Его синтез и секреция стимулируются при снижении концентрации Са в крови и подавляются при повышении. Период полжизни паратгормона в крови человека составляет примерно 20 мин.

Основными органами-мишенями паратгормона являются кос­ти и почки. Мембраны клеток этих органов содержат специфи­ческие рецепторы, улавливающие паратгормон, которые связаны с аденилатциклазой. .

КАЛЬЦИТОНИН

Пептидный гормон кальцитонин (32 аминокислотных остатка) синтезируется в С-клетках паращитовидных и щитовидной же­лез. Секреция кальцитонина увеличивается при возрастании со­держания кальция в крови; таким образом, паратгормон и кальцитонин регулируются кальцием противоположным образом. Основной орган-мишень для кальцитонина — кости, в которых он подавляет мобилизацию кальция

При гипокальциемии наблюдаются судороги, гипер­рефлексы, спазмы гортани, которые могут быть причиной смерти от асфиксии. Эти явления — следствие снижения порога возбуж­дения нервных и мышечных клеток: нерв может быть возбужден даже легким стимулом в любом месте его протяжения. Тяжелая гипокальциемия бывает редко. Наиболее частая ее причина — это гипопаратиреоз, вызванный повреждением паращитовидных желез при операциях на щитовидной железе. Кроме того, гипокальциемия может быть следствием нарушения всасывания каль­ция в кишечнике, например, при гиповитаминозе D, при большом содержании в пище оксалата или других соединений, связываю­щих кальций.

При гиперкальциемии снижается нервно-мышечная возбудимость; если концентрация кальция в крови достигает 16 мг/дл, наступает глубокое расстройство нервных функций — психозы, ступор и даже кома. Характерными симптомами гипер­кальциемии являются кальцификация мягких тканей и образова­ние камней в мочевых путях. Чаще всего причиной гиперкаль­циемии бывает гиперпаратиреоз как результат образования опу­холи из клеток паращитовидных желез; гиперкальциемия бывает также при передозировке витамина D.

85. Глюкокортикоиды. Строение, условия синтеза. Влияние на обмен белков, липидов и углеводов в тканях-мишенях. Гипо – и гиперфункция гормонов.

Глюкокортикоиды оказывают разностороннее влияние на обмен веществ в разных тканях. В мышечной, лимфатической, соединительной и жировой тканях глюкокортикоиды проявляют катаболическое действие и вызывают снижение проницаемости клеточных мембран и соответственно торможение поглощения глюкозы и аминокислот; в то же время в печени они оказывают противоположное действие. Конечным ито­гом действия глюкокортикоидов является развитие гипергликемии, обусловленной главным образом глюконеогенезом. Механизм развития гипергликемии после введе­ния глюкокортикоидов включает, кроме того, снижение синтеза гликогена в мыш­цах, торможение окисления глюкозы в тканях и усиление распада жиров.

В ткани печени доказано индуцирующее действие кортизона и гидрокортизона на синтез некоторых белков-ферментов: триптофанпирролазы, тирозинтрансаминазы, и треониндегидратаз и другие, свидетельствующее, что гормоны действуют на первую стадию передачи генетической информации — стадию транскрипции, способ­ствуя синтезу мРНК

86. Строение, синтез и метаболизм гормонов щитовидной железы. Влияние на обмен веществ. Гипо- и гипертиреозы.

Гормоны щитовидной железы

Щитовидная железа играет исключительно важную роль в обмене веществ. Об этом свидетельствуют резкое изменение основного обмена, наблюдаемое при наруше­ниях деятельности щитовидной железы, а также ряд косвенных данных, в частности обильное ее кровоснабжение, несмотря на небольшую массу (20—30 г). Щитовидная железа состоит из множества особых полостей — фолликулов, заполненных вязким секретом - коллоидом. В состав этого коллоида входит особый йодсодержащий гликопротеин с высокой молекулярной массой (порядка 650 000 Да), получивший название йодтиреоглобулина; он представляет собой запасную форму тироксина— основного гормона фолликулярной части щитовидной железы.

Помимо этого гормона (биосинтез и функции которого будут рассмотрены ниже), в особых клетках - так называемых парафолликулярных, или С-клетках щитовидной железы, — синтезируется гормон пептидной природы, обеспечивающий постоянную концентрацию кальция в крови и получивший соответственно название каль- цитонина.В настоящее время кальцитонин не только выделен в чистом виде из ткани щитовидной железы животных и человека, но и полностью раскрыта 32-членная аминокислотная последовательность, подтвержденная химическим синтезом.

Точкой приложения действия тиреоидных гормонов считаются внутриклеточные рецепторы — белки, обеспечивающие транспорт тиреоидных гормонов в ядро и взаимодействие со специфическими генами; в результате увеличивается синтез ферментов, регулирующих скорость окислительно-восстано­вительных процессов. Естественно поэтому, что недостаточная функция щитовидной железы (гипофункция) или, наоборот, повышенная секреция гормонов (гиперфункция) вызывает глубокие расстройства физиологического статуса организма.

Гипофункция щитовидной железы в раннем детском возрасте приводит к развитию болезни, известной в литературе' как кретинизм. Помимо остановки роста, специ­фических изменений со стороны кожи, волос, мышц, резкого снижения скорости про­цессов обмена, при кретинизме отмечаются глубокие нарушения психики; специфическое гормональное лечение в этом случае не дает положительных результатов.

Недостаточная функция щитовидной железы в зрелом возрасте сопровождается развитием гипотиреоидного отека, или микседемы (от греч. туха - слизь, oedemo - отек). Это заболевание чаще встречается у женщин и характеризуется нарушением водно-солевого, основного и жирового обменов. У больных отмечаются слизистый отек, патологическое ожирение, резкое снижение основного обмена, выпадение волос и зубов, общие мозговые нарушения и психические расстройства. Кожа стано­вится сухой, температура тела падает; в крови повышено содержание глюкозы. Гипотиреоидизм сравнительно легко поддается лечению препаратами щитовидной железы.

Следует отметить еще одно поражение щитовидной железы, получившее название эндемического зоба. Болезнь обычно развивается у лиц, проживающих в горных местностях, где содержится недостаточно йода в воде и растениях. Недостаток йода приводит к компенсаторному увеличению массы ткани щитовидной железы за счет преимущественного разрастания соединительной ткани, однако этот процесс не сопровождается увеличением секреции тиреоидных гормонов. Болезнь не приводит к серьезным нарушениям функции организма, хотя увеличенная в размерах щитовидная железа создает определенные неудобства. Лечение в данном случае сводится к обога­щению продуктов питания, в частности поваренной соли, неорганическим йодом.

Повышенная функция щитовидной железы (гиперфункция) вызывает развитие и пертиреоз а, известного в литературе под названием зоб диффузный токсический (болезнь Грейвса или базедова болезнь). Резкое повышение обмена веществ сопровож­дается усиленным распадом тканевых белков, что приводит к развитию отрицатель­ного азотистого баланса.

Наиболее характерным проявлением болезни считается триада симптомов: резкое увеличение числа сердечных сокращений (тахикардия), пучеглазие (экзофтальм) и зоб, т. е. увеличенная в размерах щитовидная железа; у больных развиваются общее истощение организма, а также психические расстройства

87. Катехоламины. Строение, биосинтез, биологические функции, нарушения обмена, последствия.

Биосинтез катехоламинов. В мозговом веществе надпочечни­ков и нервной ткани тирозин служит предшественником катехо­ламинов, важнейшими из которых являются дофамин, норадреналин и адреналин. Дофамин и норадреналин выполняют функции медиаторов в синаптической передаче нервного импульса; адреналин — это гор­мон мозгового вещества надпочечников, который, в частности, стимулирует мобилизацию депонированных углеводов и жиров.

Инактивация катехоламинов происходит в основном двумя путями. Первый путь — метилирование по гидроксильной группе в третьем положении: донором метильной группы служит S-аде-нозилметионин . Второй путь связан с дезаминированием катехоламинов при действии моноаминоксидазы: в результате дезаминирования катехоламин превращается в катехолимин, который спонтанно гидролизуется с образованием альдегида и аммиака. Таким образом, моноаминоксидаза катализирует дегидрирование амина, причем акцептором водорода служит кислород; пероксид водорода затем разрушается каталазой.

88. Центральная регуляция эндокринной системы: роль либеринов, статинов, тропных гормонов гипофиза.

. Либерины и статины, секреция которых в гипоталамусе стимулируется нервным импульсом, проходят небольшой путь до гипофиза, и, действуя через специфические рецепторы мембран, стимулируют или ингибируют секрецию гор­монов гипофизарными клетками.

В гипофизе синтезируется ряд биологически активных гормонов белковой и пептидной природы, оказывающих стимулирующий эффект на различные физиологические и биохимические процессы в тканях-мишенях (табл. 8.2). В зависимости от места синтеза различают гормоны передней, задней и промежуточной долей гипофиза. В передней доле вырабатываются в основном белковые и полипептидные гормоны, называемые тропнымигормонами, или тропинами, вследствие их стимулирующего действия на ряд других эндокринных желез. В частности, гормон, стимулирующийсекрецию гормонов щитовидной железы, получил название «тиротропин».

89. Стероидные гормоны. Биосинтез, катаболизм, биологические функции. Проявле­ния недостаточности и избытка гормонов.

Стероидные гормоны представляют собой группу соединений, родственных по происхождению и структуре; все они образуются из холестерина. Промежуточным продуктом при синтезе стероидных гормонов служит прегненолон. Прегненолон обра­зуется во всех органах, синтезирующих любые стероидные гормоны. Далее пути превращения расходятся: в коре надпочеч­ников образуются глюкокортикостероиды и минералокортикостероиды в семенниках—мужские половые гор­моны , в яичниках—женские половые гормоны .

Прегненолон может превратиться в одно из четырех соедине­ний — прогестерон или гидроксипрегненолоны с различным рас­положением гидроксигрупп. Из этих соединений затем образу­ются разные стероидные гормоны, причем каждый из них может синтезироваться больше, чем одним путем. За большинством стрелок на схеме скрывается не одна, а от двух до четырех реак­ций; кроме того, указаны не все возможные пути синтеза. В це­лом пути синтеза стероидных гормонов образуют довольно слож­ную сетку реакций. Многие промежуточные продукты этих путей также обладают некоторой гормональной активностью, причем часто одно и то же вещество проявляет активность в регуляции разных процессов — обмена углеводов, водно-солевого баланса, репродуктивных функций. Однако основными стероидами, опре­деляющими состояние этих метаболических и функциональных систем, служат кортизол (регуляция обмена углеводов и амино­кислот), Альдостерон (регуляция водно-солевого обмена), тесто-стерон, эстрадиол и прогестерон (регуляция репродуктивных функций).

В результате инактивации и катаболизма стероидных гормо­нов образуется значительное количество стероидов, содержащих кетогруппу в положении 17 (17-кетостероиды). Эти вещества выво­дятся через почки. Суточная экскреция 17-кетостероидов у взрос­лой женщины составляет 5—15 мг, у мужчины 10—25 мг. Опре­деление 17-кетостероидов в моче используется для диагностики: их выделение увеличивается при болезнях, сопровождающихся гиперпродукцией стероидных гормонов, и уменьшается при гипо-продукции.

90. Регуляция концентрации глюкозы в крови. Гипо- и гипергликемии, причины их возникновения. Определение толерантности к глюкозе.

Использование источ­ников энергии обеспечивает экономное расходование глюкозы, что имеет важное значение, поскольку сберегает глюкозу для питания мозга и некоторых других зависимых от глюкозы тка­ней. Скорость поступления глюкозы в ткань мозга целиком зависит от ее концентрации в крови, поэтому поддержание этой концентрации на достаточном уровне — необходимое условие нормального питания и функционирования мозга.

Концентрация глюкозы в крови определяется балансом ско­ростей ее поступления в кровь, с одной стороны, и потребления тканями—с другой . В постабсорбтивном состоянии в норме концентрация глюкозы в крови равна 60—100_ мг\дл (3,3—5,5 ммоль/л); более высокая концентрация указывает на нарушение обмена углеводов. После приема пищи или раствора сахара—(сахарная нагрузка) гиперглюкоземия бывает и у здоровых людей —ллиментарная Обычно она не превышает 15ммоль\л и начинает снижаться через 1—1,5 ч после еды. При нарушениях углеводного обмена (стероидный диабет, сахарный диабет) алиментарная гиперглюкоземия превышает 150 мг/дл и держится дольше.

Толерант­ность к глюкозе измеряют с целью 1 диагностики нарушений углеводного 'обмена^ Обследуемому дают 'выпить j^:TBOJ3\axaga_H3—расцета--1^1__на . 1^г1массь1Т£да^сдха^зйаа_^шгр^.з-1 ка) и через каждые 30 мин берут •~ пробы крови для определения кон-1 центрации глюкозы. Типичные ре-[ зультаты измерения толерантности приведены на рис. 134.

Если гиперглюкоземия превы-1 шает почечный порог, т. е. величи-1 ну 180 мг/дл, то глюкоза начинает 1 выводиться с мочои__(1люкоэурия). ? Глюкозурия свидетеДБ^гвует о нару-1 шении углеводного обмена или о

• повреждении почек.

1 Гипоглюкоземия также возникает при патологических состоя-1 ниях, в частности дри голодадии^ Снижение концентрации глю-1 козы в крови до 4(Гш7дл^1риводит к возникновению^судорог и 1 Других симптомов нарушения функций головного мозга вслёд-1 ствие нарушения его питания.

1 Переключение, метаболизма при смене периодов пищеварения 1и постабсорбтивного состояния и поддержание концентрации 1 глюкозы в крови обеспечиваются системой регуляторных меха-1 низмов, включающих гормоны кортизол, инсулин, глюкагон, ^ адреналин.