Тема 1. Адаптивна роль гормонів. Внутрішньо-секреторна функція гіпофіза і наднирників

1.1. Логіка викладу і засвоєння матеріалу

1. Загальна характеристика залоз внутрішньої секреції (ЗВС). Сутність понять «гормональна» і «гуморальна» регуляція. Механізми дії гормонів. Класифікація гормонів. Методи вивчення ЗВС.

2. Адаптивна роль гормонів. Значення стресу в житті людини. Фази стресу. Принципи вираження емоцій за Ч. Дарвіним.

3. Нейрогуморальні механізми регуляції функцій при емоційно-стресових станах.

4. Зміни функціонального стану організму школярів та студентів в умовах екзаменаційного стресу.

5. Внутрішньосекреторна функція гіпофіза. Роль гіпоталамуса в регуляції діяльності інших ЗВС. Гормони гіпопофіза і його функціональна роль.

6. Внутрішньосекреторна функція наднирників. Гормони кори і мозкового шару надниркових залоз. Анаболічний ефект стероїдних гормонів.

1.2. В результаті вивчення матеріалу теми Ви повинні знати:

• відмінні особливості функціонування ЗВС;

• фізіологічне значення гормонів ЗВС;

• особливості механізму дії гормонів;

• класифікацію гормонів за хімічною природою;

• методи вивчення функцій ЗВС;

• нейрогуморальні механізми регуляції функцій при емоційно-стресових станах;

• адаптивну роль гормонів ЗВС;

• принципи виражених емоцій за Ч. Дарвіним;

• роль гіпоталамуса в регуляції функцій інших ЗВС;

• внутрішньосекреторну функцію гіпофіза і наднирників.

вміти:

• класифікувати гормони за їх хімічною природою;

• регулювати емоційно-стресові стани;

• використовувати адаптивну роль гормонів в системі заходів спрямованих на збереження і зміцнення здоров’я людини;

• попередити негативну дію використання анаболіків в спорті.

1.3. Основні терміни і поняття

аденогіпофіз; адреналін; адренокортикотропний гормон (АКТГ); акромегалія; альдостерон; анаболічні стероїди; андрогени; бронзова хвороба; возопресин; гігантизм; гідрокортизон; гіпоталамус; глюкокортикоїди; глюконеогенез; гормональні рецептори; гормони; дезоксикортикостерон; дистрес; екстирпація; ендокринологія; естрогени; залози внутрішньої секреції (ЗВС); залози зовнішньої секреції (ЗЗС); інтермедин; кортизон; лютеінізуючий гормон (ЛГ); мінералокартикоїди; надниркові залози (НЗ); нейрогіпофіз; норадреналін; окситоцин; парабіоз; пролактин; релізинг-чинник; соматотропний гормон (СТГ); стрес; тиреотронний гормон (ТТГ); трансплантація; фолікулостимулюючий гормон (ФСГ).

1.4. Теоретичні відомості

1. Загальна характеристика залоз внутрішньої секреції

Залози – органи, основною функцією яких є вироблення та виділення специфічних речовин, що називаються секретами (від латинського «sekretіo» – виділяю). Продукти (секрети), які виробляються залозами, можуть виділятися у зовнішнє середовище або в кров. Відповідно розрізняють залози зовнішньої секреції (ЗЗС) і залози внутрішньої секреції (ЗВС) або ендокринні залози.

ЗЗС мають вивідні протоки і виділяють свої секрети на поверхню тіла або слизових оболонок порожнин тіла (порожнин рота, носа, бронхів, шлунка, кишечника). До ЗЗС належать потові, сальні, травні (слинні, шлункові, кишкові) і бронхіальні. ЗВС не мають вивідних проток і свої секрети (гормони) виділяють у внутрішнє середовище, тобто в кров. Тому і називаються вони залозами внутрішньої секреції, або ендокринними залозами (від грецького «ендо» – всередину, «крінейн» – виділяти).

До ЗВС людини належать епіфіз (верхній придаток мозку або шишкоподібна залоза), гіпофіз (нижній придаток мозку), вилочкова залоза (тимус), щитоподібна, або тиреоїдна залоза, паращитоподібні залози, підшлункова залоза, надниркові залози, статеві залози або гонади: у чоловіків – яєчка, у жінок – яєчники (рис. 4.1). В жіночому організмі ендокринна функція характерна також плаценті.

Наука про ЗВС, називається ендокринологією. Ендокринологія сьогодні – це загально-біологічна наука про закономірності регуляції функцій в багатоклітинних організмах. Вона лежить в основі вивчення таких важливих питань як фізичний, психічний, статевий розвиток, гомеостаз, адаптація, регуляція генної активності. За участю гормонів здійснюються всі види обміну речовин. Гормони ефективно використовуються при лікуванні багатьох ендокринних і не ендокринних захворювань.

Фізіологічне значення гормонів виявляється при різних захворюваннях, пов’язаних з порушенням функцій ЗВС. Ці порушення виявляються як при підвищенні секреторної функції ЗВС (гіперфункції), так і при їх недостатній функції ЗВС (гіпофункції). При введенні в організм гормону, якого не вистачає, явище гіпофункції зникає.

Поняття «гормональна регуляція» не тотожне поняттю «гуморальна регуляція». Гуморальна регуляція більш давня форма регуляції. Вона притаманна всім одноклітинним і багатоклітинним організмам, активні продукти обміну яких беруть участь в регуляції їх життєдіяльності. Окрім власне гормональної регуляції, гуморальна регуляція включає в себе регуляцію обмінних процесів за допомогою біологічно активних речовин, які виробляються специфічними секреторними клітинами, розташованими у нирках, печінці, гіпоталамічній частині мозку, слизових оболонках бронхів, трахеї, шлунково-кишкового тракту (гістамін, серотонін, ацетилхолін, гепарин, секретин, гастрин тощо).

Рис. 4.1.

Залози внутрішньої секреції і їх гормони: 1 – гіпоталамус – рилізинг-гормони, вазопресин, окситоцин; 2 – епіфіз – мелатонін; 3 – гіпофіз – гормон росту, пролактін, ТТГ, КТГ, ГТГ (ФСГ, ЛГ), інтермедин, вазопресин, окситоцин; 4 – щитоподібна залоза – тироксин, трийодтиронін, кальцитонін; 5 – паращитоподібні залози – п аратгормон; 6 – вилочкова залоза – тимозин; 7 – підшлункова запоза – ісулін, глюкагон; 8 – наднирники – глюкокортикоїди (кортизол та ін.), мінералокортикоїди (альдостерон), аналоги статевих гормонів, адреналін, норадреналін; 9 – яєчка-андрогени (тестостерон); 10 – яєчники-естрогени (естрон, прогестерон)

Внутрішня секреція як функція високоспеціалізованих органів – ендокринних залоз – характерна, головним чином, для хребетних. В ряду останніх вона вперше появляється в круглоротих та риб. Проте гомологи ЗВС зустрічаються і у нижчих хордових тварин. Всі разом взяті ендокринні залози являють собою систему гормональної регуляції функцій організму. Разом з тим вони є частиною системи гуморальної регуляції. Свій регулюючий вплив на організм ЗВС здійснюють за допомогою гормонів.

Гормони не впливають на хід хімічних процесів, що проходять поза клітинами. Вони діють тільки на процеси, що мають місце в клітинах і їх структурах. Клітинні компоненти, які взаємодіють з гормонами, називаються гормональними рецепторами. Процес взаємодії між гормонами і рецепторами, називають рецепцією. Клітина, яка має рецептор до даного гормону, є для нього клітиною – мішенню.

Рецептори білкових і пептидних гормонів розташовані в мембрані клітини, рецептори стероїдних гормонів – в розчинній частині цитоплазми. Утворений в цитоплазмі гормон-рецептор надходить в ядро клітини і діє на її генетичний апарат.

Гормони сприяють проникненню продуктів обміну речовин через клітини мембрани, активують ферменти в клітинах, регулюють функції генетичного апарату клітинного ядра (на рівні транскрипції), активують у мембрані клітини ключовий в біологічних реакціях фермент аденілатциклазу, яка в присутності іонів магнію переводить АТФ у циклічний аденозинмонофосфат (ЦАМФ). Роль ЦАМФ як посередника у дії гормонів, полягає в активізації клітинних білків шляхом їх фосфорилювання. Циклічний АФМ бере участь в реалізації генетичної інформації.

Стероїдні гормони, діючи на клітину, проходять до ядра, стимулюють утворення РНК, підвищуючи таким чином синтез ферментів, що каталізують який-небудь біологічний процес або синтез білків у процесі росту клітин. Суть впливу гормонів на синтез РНК (і-РНК, р-РНК, т-РНК) в ядрі зводиться до їх дії на функцію генного оператора. Гормони знімають гальмівну дію репресора (спеціальної білкової речовини). Завдяки цьому гени починають видавати необхідну інформацію (через і-РНК) для біосинтезу відповідного білка в рибосомах.

Визначальним чинником, що регулює інтенсивність утворення гормонів, є стан органів, які ними регулюються. Іншими словами, ЗВС функціонують за принципом зворотного зв’язку. Між регуляторами і процесами, що ними регулюються, існує двобічний зв’язок. Не тільки регулятор діє на регулюючий ним процес, але й зміна останнього впливає на діяльність регулятора. Свій регулюючий вплив на організм ендокринні залози здійснюють за допомогою гормонів. Гормони – це хімічні сполуки, які утворюються в якому-небудь органі або тканині, виділяються в кров і спричиняють певний вплив на інші органи або тканини. Кожний гормон діє тільки на певні структури, викликаючи специфічні зміни їх функцій. Реакції окремих органів і тканини на гормони суворо специфічні і не можуть бути викликані іншими біологічно активними речовинами (специфічність дії). Наприклад, хірургічне видалення гіпофіза з організму в молодому віці зумовлює зупинку росту, викликану нестачею соматотропного гормону гіпофіза. У тварин з видаленим гіпофізом атрофуються також щитоподібна залоза, гонади і надниркові залози. Запобігти затримці росту і атрофії названих залоз після гіпофізектомії можна тільки введенням відповідних гормонів.

Для всіх гормонів притаманна висока біологічна активність – здатність виявляти дію в дуже малих концентраціях. Так, адреналін надниркових залоз діє на серце в концентрації 1:10000000.

Гормони діють на органи, які віддалені від ЗВС (дистантність дії). Наприклад, в гіпофізі утворюються гормони, дія яких реалізується в щитоподібній, статевих і надниркових залозах. Фізіологічно активними стають гормони тільки після контакту з мембраною клітини, якій адресований їх вплив.

Гормони мають порівняно невеликий розмір молекул, що забезпечує їх проникнення через ендотелій капілярів і через мембрану (оболонку) клітини. Гормони швидко руйнуються тканинами. Для підтримання певного рівня гормонів у крові потрібне постійне виділення їх відповідними залозами. Більшість гормонів не мають видової специфічності. Тому у клініці можливе застосування препаратів, отриманих з ЗВС великої рогатої худоби, свиней та інших тварин (органотерапія).

За хімічною природою гормони поділяють на три групи:

• білкові і поліпептидні (АКТГ, соматотропний гормон, інсулін, глюкагон, фолікулостимулюючий гормон, паратгормон, кальцитонін, окситоцин);

• похідні амінокислоти тирозину (тироксин, адреналін, норадреналін);

• стероїдні гормони – похідні холестерину. До них належать усі гормони кори наднирників і статеві гормони.

Для вивчення функцій ЗВС користуються методами екстраполяції, трансплантації, парабіозу тощо.

Екстирпація – хірургічне (повне або часткове) видалення ЗВС. Даний метод використовується переважно у дослідах на тваринах.

Метод трансплантації (пересадки) тієї чи іншої ЗВС в живому організмі. Розрізняють ауто-, гомо- і гетеротрансплантацію. Аутотрансплантація – це пересадка власної залози з її звичайного місця в інше місце. Гомотрансплантація – пересадка залози від однієї тварини до другої в межах виду. Гетеротрансплантація – пересадка залози від тварин одного виду тварині іншого виду.

Трансплантація доповнює екстирпацію. Повне відновлення втраченої функції після трансплантації вказує про наявність внутрішньої секреції у залози, яку пересадили. Пересаджена від одного організму до іншого залоза на деякий час приживається і виділяє у кров гормони. Проте згодом, після посилення активності специфічних механізмів захисту (синтезу значної кількості специфічних антитіл) пересаджена залоза гине (відторгнення трансплантата).

Метод введення екстрактів, отриманих з тієї чи іншої залози, або хімічно чистих гормонів тварині з видаленою ЗВС.

Метод парабіозу – хірургічне з’єднання кровоносних судин двох організмів, у одного з яких пошкоджена або видалена досліджувана ЗВС. Це дає можливість вивчати механізм компенсації наслідків видалення залози при надходженні гормонів з залози здорового організму. З допомогою даного методу було доведено наявність механізмів гуморальної регуляції дихання (дослід Фрідеріка). Чимало корисної інформації науковці отримали при дослідженні хворих з гіпер- і гіпофункцією ЗВС. Аналізуючи результати хірургічних операцій, проведених у таких хворих з лікувальною метою, лікарі успішно використовують їх в своїй майбутній практичній діяльності.

Метод введення в організм радіоактивних ізотопів з наступним виявленням їх у залозах (депонування йоду в щитоподібній залозі тощо).

Порівняння біологічної активності крові, яка надходить і відходить від залози. Дослідження крові на присутність окремих гормонів з визначенням їх кількості. Однією біологічною одиницею називають ту кількість препарату, яку необхідно ввести даній тварині, щоб отримати специфічний фізіологічний ефект. Активність препарату тим вища, чим більше в одній його ваговій одиниці (в 1 г або в 1 мл) міститься біологічних одиниць. Наприклад, 1 мл препарату інсуліну може мати 20 ОД, 40 ОД (одиниць дії, або інтернаціональних одиниць (ІО)).

Механізм дії гормонів. Гормони не впливають на хід хімічних процесів, що проходять поза клітинами. Вони діють тільки на процеси, що мають місце в клітинах і їх структурах. Клітинні компоненти, які взаємодіють з гормонами, називаються гормональними рецепторами. Процес взаємодії між гормонами і рецепторами називають рецепцією. Клітина, яка має рецептор до даного гормона, є для нього клітиною-мішенню.

Рецептори білкових і пептидних гормонів розташовані в мембрані клітини, рецептори стероїдних гормонів – в розчинній частині цитоплазми. Утворений в цитоплазмі комплекс гормон-рецептор надходить в ядро клітини і діє на генетичний апарат.

Гормони: 1) сприяють проникненню продуктів обміну речовин через клітинні мембрани; 2) активують ферменти в вигинах; 3) регулюють функції генетичного апарата клітинного ядра (на рівні транскрипції); 4) активують у мембрані клітини ключовий в біологічних реакціях фермент аденілат-циклазу, яка в присутності іонів магнію переводить АТФ у циклічній аденозинмонофосфат (цАМФ). Роль ЦАМФ як посередника у дії гормонів полягає в активізації клітинних білків шляхом їх фосфорилювання. Циклічний АФМ бере участь в реалізації генетичної інформації.

Стероїдні гормони, діючи на клітину, проходять до ядра, стимулюють утворення РНК, підвищуючи таким чином синтез ферментів, що каталізують який-небуть біологічний процес або синтез білків у процесі росту клітин. Суть впливу гормонів на синтез РНК (і-РНК, р-РНК, т-РНК) в ядрі зводиться до дії на функцію генного оператора. Гормони, знімають гальмівну дію репресора (спеціальної білкової речовини). Завдяки цьому гени починають видавати необхідну інформацію (через і-РНК) для біосинтезу відповідного білка в рибосомах.

Визначальним чинником, що регулює інтенсивність утворення гормонів, є стан органів, які ними регулюються. Іншими словами, ЗВС функціонують за принципом зворотного зв’язку. Між регуляторами і процесами, що ними регулюються, існує двобічний зв’язок. Не тільки регулятор діє на регулюючий ним процес, але й зміна останнього впливає на діяльність регулятора.