9.3. Роль гормонів у регуляції обміну речовин

Гормони (від грец. hormao - надаю руху, спонукую) - біологічно активні речовини органічної природи. Вони виробляються спеціалізованими клітинами залоз внутрішньої секреції і, надходячи з рідинами організму, впливають на обмін речовин і фізіологічні функції відповідних органів - "мішеней".

До залоз внутрішньої секреції відносяться гіпоталамус, гіпофіз, щитовидна, білящитовидна, вилочкова залози, надниркові залози, а також підшлункова і статеві залози.

Гормони відносяться до групи інформонів, вони можуть утворюватися як у залозах внутрішньої секреції (дійсні гормони), так і в тканинах інших органів (гістогормони).

Біологічне значення гормонів складається в їхньому регулюючому впливі на процеси обміну речовин в організмі. Вони підтримують гомеостаз (сталість внутрішнього середовища), беруть участь в адаптивній діяльності організму до мінливих умов зовнішнього і внутрішнього середовища, впливають на швидкість хімічних реакцій, фізіологічні функції, диференціювання клітин, механізм імунітету, психічну діяльність.

Вироблювані залозами внутрішньої секреції гормони виявляють високу специфічність дії. Вона виявляється дістантно, тобто на відстані від місця утворення гормону.

У клітинах тканин, що сприймають гормони, є специфічні білки, що мають особливу структуру, які забезпечують можливість їхньої взаємодії з визначеним гормоном.

Початковою ланкою дії гормонів на клітину є з'єднання гормону з білками - рецепторами. Це з’єднання відбувається з рецепторами або на зовнішній поверхні плазматичної мембрани, або в цитоплазмі. Однак і в тому, і в іншому випадку білки-рецептори завдяки своїй специфічності "утягують" гормони всередину клітини і далі передають їхні сигнали на ферменти.

Дія гормонів спрямована, в основному, на регуляцію обмінних процесів у клітинах шляхом зміни швидкості ферментативного перетворення речовин.

Ряд гормонів впливає на синтез ферментів. Таку дію виявляють гормони коркової речовини надниркових залоз (глюкокортикоїди), гормони щитовидної залози (тироксин), гіпофіза (гормон росту). Для цих гормонів характерна здатність проникати всередину клітини і з'єднуватися там зі специфічними рецепторами в цитоплазмі. При цьому утворюється гормонрецепторний комплекс, який після молекулярної перебудови, що приводить до його активації, здатний проникати в ядро клітини. У ядрі гормонрецепторний комплекс взаємодіє з хроматином, у результаті чого відбувається перебудова синтетичної активності клітини-"мішені". Таким чином, гормональний ефект реалізується на рівні генетичного апарата клітини-"мішені" та виявляється, головним чином, у впливі на ріст і диференціювання тканин і органів.

9.4. Класифікація гормонів

За хімічною природою всі гормони можна розділити на кілька груп. У першу віднесені білково-пептидні гормони. Це гормони гіпоталамуса, гіпофіза, підшлункової, білящитовидної і щитовидної залоз, а також гастрин, вироблюваний у шлунку.

В другу групу входять гормони, що є похідними стероїдів - стероїдні гормони. До них відносяться гормони статевих залоз, кори надниркових залоз, плаценти.

Третю групу складають гормони - похідні амінокислот. Це гормони мозкового шару надниркових залоз і кальцитонін, що утворюється в щитовидній залозі.

В окрему групу виділяють речовини, що виявляють місцеву гормональну дію: брадикінін, простагландіни, калікреїн, ренін і інші.

Білково-пептидні гормони не можуть проникати всередину кліток-"мішеней", а взаємодіють з білковими рецепторами, розташованими на поверхні кліток у їхній плазматичній мембрані. У результаті збільшується активність аденілатциклази, вбудованої в ту ж мембрану, при цьому утворюється аденозінмонофосфат, що передає гормональний сигнал метаболічним системам клітки.

Гормони гіпоталамуса. Гіпоталамус виділяє гормони, що регулюють діяльність гіпофіза. В даний час відомо сім стимуляторів і три інгібітори секреції гормонів гіпофіза (рилізинг-гормони). З них тільки три отримані в чистому виді і розшифрована їхня структура. До них відносяться: гормон, що сприяє вивільненню тіреотропного гормону, гормон, що впливає на вивільнення лютеїнізуючого гормону, і гормон, що діє як інгібітор на вивільнення гормону росту. Крім перерахованих гормонів, з гіпоталамуса виділено ще два очищених препарати, що стимулюють вивільнення гормону росту. При майже однаковій біологічній активності вони відрізняються друг від друга специфічними властивостями, а також молекулярною масою. Хімічна природа інших гормонів не визначена.

Гормони гіпофіза. Гіпофіз виробляє і виділяє в кров цілу групу гормонів, що впливають на ріст і розвиток організму, обмін речовин і функції периферичних залоз внутрішньої секреції.

Передня частка гіпофіза виділяє тропні гормони, що регулюють діяльність інших залоз внутрішньої секреції. Так, гормон росту (соматотропний гормон, СТГ) має широкий спектр біологічної дії, впливає на всі клітини організму. Він стимулює ріст тканин і збільшення розмірів тіла. Молекулярною основою цього ефекту є активація соматотропіном анаболічних процесів біосинтезу білка. Даний гормон забезпечує ці процеси енергією, підсилюючи розпад жирів і глікогену. При недостатньому біосинтезі СТГ у дітей спостерігається затримка росту (гіпофізарний нанізм), при надлишковому - посилений ріст (гігантизм). У дорослих при надлишковому виділенні СТГ розвивається акромегалія - непропорційно інтенсивне зростання окремих частин тіла: ніг, рук, підборіддя, надбрівних дуг, носа і язика.

Адренокортикотропний гормон (кортикотропін, АКТГ) впливає на формування структури і функціональну активність кори надниркових залоз. Під його дією різко зростає секреція гормонів кори надниркових залоз (гідрокортизону і кортикостерону).

При відсутності АКТГ кора надниркових залоз атрофується. Він впливає також на ряд біохімічних процесів: підсилює синтез білків і рибонуклеїнових кислот, підвищує активність фосфорилази, глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, ліпази, сприяє гідролізу тканинних жирів.

Тіреотропний гормон (тіреотропін, ТТГ) контролює функції щитовидної залози, стимулює секрецію її гормонів. Механізм впливу ТТГ на щитовидну залозу складається з декількох ланок: ТТГ сприяє накопиченню в залозі йоду і включенню його в молекули тирозину з утворенням моно- і тетрайодтироніну; активує протеолітичні ферменти у фолікулах залози, чим сприяє розщепленню білка-попередника з вивільненням йодвмісних гормонів.

Гонадотропні гормони. Ці гормони регулюють діяльність статевих залоз, формування молочних залоз і дозрівання плоду. До них відносяться фолікулостимулюючий гормон, лютеїнізуючий гормон і лактотропний гормон або пролактин.

Фолікулостимулюючий гормон (фолітропін, ФСГ) підсилює функцію фолікулів в яєчниках, а в самців сприяє утворенню сперми.

Лютеїнізуючий гормон (ЛГ) забезпечує дозрівання і розривання фолікулів з утворенням з них жовтого тіла в яєчниках.

Лактотропний гормон (пролактин) має широкий спектр біологічної дії. Він бере участь у регуляції репродуктивних функцій організму, є основним гормоном, що контролює ріст молочних залоз, стимулює їхню функцію, формує материнський інстинкт. Пролактин стимулює функцію жовтого тіла і вироблення в ньому прогестерону.

Ліпотропний гормон (ліпотропин, ЛТГ) має жиромобілізуючий ефект. Для нього характерна також кортикотропна активність.

Задня частка гіпофіза виділяє вазопресин і окситоцин. Вони синтезуються в особливих клітках гіпоталамуса. Відтіля вони переносяться нейронами в задню частку гіпофіза і надходять безпосередньо в кров.

Вазопресин (антидіуретичний гормон, АДГ) підвищує кров'яний тиск і сприяє зворотному всмоктуванню води в капілярах ниркових канальців, і тому зменшує сечовиділення. Важливою ланкою механізму цього процесу є активація гіалуронідази, що розщеплює мукополісахарид гіалуронову кислоту і тим самим збільшує проникність клітинних мембран ниркових канальців. При недостатньому утворенні вазопресину підсилюється діурез (до 10 л сечі за 1 добу). Таке захворювання називається нецукровим діабетом.

Окситоцин підвищує тонус гладкої мускулатури, особливо матки і м'язових волокон молочної залози.

Середня частка гіпофіза виділяє в кров меланостимулюючий гормон (МСГ, меланотропін). Під впливом меланотропіну відбувається зміна забарвлення шкірних покривів тварин, що зв'язано з індукцією окиснювання тирозину в пігмент меланін.

Гормони щитовидної залози. До складу щитовидної залози входить глікопротеїн-тіреоглобулін, що містить 1 % йоду, 3 % амінокислоти тирозину і 8 % вуглеводів. Цей білок являє собою вихідну сполуку, з якої утворюються гормони щитовидної залози. Вони відрізняються одна від одної вмістом йоду і є похідними L-тироніну, що у свою чергу синтезується з амінокислоти тирозин.

Тиреоїдні гормони, що утворилися, залишаються зв'язаними з молекулою тиреоглобуліну. Молекула тиреоглобуліну піддається розщепленню. Тиреоїдні гормони, що вивільнилися, надходять у кров, де зв'язуються зі специфічними білками-переносниками.

У складі такого комплексу гормони щитовидної залози розносяться до різних органів і тканин. При контакті з клітинами гормони відщеплюються від білка-"переносника", через мембрану надходять всередину клітини і розподіляються між клітинними структурами.

Тиреоїдні гормони мають анаболічну дію і необхідні для нормального росту, психічного і фізичного розвитку. До них чуттєві майже всі тканини організму.

Тиреоїдні гормони впливають на енергетичний обмін, головним чином, на окисні процеси. Підвищений вміст у крові тироксину приводить до роз'єднання клітинного дихання і фосфорилювання: порушується процес біосинтезу макроергичних сполук, особливо АТФ. Велика частина енергії, що утворюється, розсіюється у виді теплоти, що може обумовлювати підвищення температури тіла.

Гормони щитовидної залози мають виражений вплив на генетичний апарат клітини. Це зв'язано з його активуючим впливом на біосинтез матричної і рибосомальної РНК і, отже, на біосинтез різних білків.

Інактивація гормонів щитовидної залози здійснюється в основному в печінці, а також у периферичних тканинах, у результаті дейодування і дезамінування. Втрата аміногрупи молекулами тиреоїдних гормонів відбувається в процесі переамінування з -кетокислотами, у результаті чого утворюються малоактивні піруватні аналоги гормонів щитовидної залози.

При порушенні функції щитовидної залози відзначається гіпо- або гіпертиреоз. Для гіпотиреозу характерна невелика швидкість метаболічних процесів: знижуються основний обмін і температура тіла, зменшується споживання кисню. У ранньому віці при гіпотиреозі можливий розвиток необоротних змін з боку нервової системи - кретинізм. Уроджений гіпотиреоз може бути обумовлений декількома причинами: порушенням утворення гормонів щитовидної залози (у тому числі при недоліку йоду в їжі і воді), функціонування ферментів, що беруть участь у біосинтезі гормонів щитовидної залози, порушеннями в протеолізі тиреоглобуліну і т.д. Патологічний стан при гіпотиреозі називається мікседемою.

При підвищеній функції щитовидної залози - гіпертиреозі спостерігається зниження маси тіла, підвищення артеріального тиску, екзофтальмія (витрішкуватість). Можуть розвиватися також гіперглікемія, глюкозурія, негативний азотистий баланс.

Гормон білящитовидних залоз. Паратгормон (паратиреоїдний гормон) регулює вміст іонів кальцію і аніонів фосфорної і лимонної кислот у крові. При тривалому дефіциті солей кальцію в їжі або при порушенні його всмоктування з кишечнику концентрація кальцію в крові знижується. Це веде до посилення синтезу і секреції паратгормону, що сприяє вимиванню (у виді нітратів і фосфатів) солей кальцію з кісток.

Ще один орган-"мішень" паратгормону - нирки, у яких він зменшує реабсорбцію фосфату в канальцях і підвищує реабсорбцію кальцію. Точкою прикладення дії паратгормону є рецепторні білки плазматичної мембрани клітин-"мішеней" і залежна від них активація аденілатциклази. У результаті цього відбувається перерозподіл кальцію в компонентах клітини між тканинами і органами.

Гормони тімусу. Вилочкова або зобна залоза до моменту статевого дозрівання в значній мірі піддається зворотному розвитку. У ній синтезуються гормони тімозіни і тімопоетини. Вони беруть участь у функції деяких ланок імунної системи (Т-лімфоцитів), а також регулюють процеси росту дитячого організму.

Гормони підшлункової залози. В островковій частини підшлункової залози (острівці Лангерганса) синтезуються гормони інсулін і глюкагон.

Інсулін (білковий гормон) виробляється в -клітках підшлункової залози з попередника - проінсуліну. Інсулін знижує вміст глюкози в крові, тобто виявляє гіпоглікемічний ефект. Дія інсуліну на клітину виявляється насамперед у його взаємодії з білками-рецепторами, розташованими на зовнішній поверхні плазматичної мембрани. Комплекс "рецептор-інсулін" реагує з іншими компонентами мембрани, що приводить до зміни макроструктури мембранних білків і підвищенню її проникності. Завдяки цьому інсулін впливає на швидкість і спрямованість ферментативних процесів. Він підсилює проникнення глюкози в м'язові клітини, сприяючи утворенню глікогену. Під впливом інсуліну збільшується швидкість поглинання глюкози клітинами жирової тканини, що сприяє ліпогенезу і перешкоджає ліполізу. При дефіциті інсуліну надходження глюкози у відповідні тканини сповільнюється, що приводить до порушення її обміну.

Інсулін підсилює в основному реакції біосинтезу, тобто анаболізму, тому його називають гормоном-анаболізатором. Під впливом інсуліну поліпшується використання енергії окиснювання для процесів фосфорилювання. Отже, він впливає на біосинтез макроергічних сполук.

При недостатній секреції інсуліну розвивається цукровий діабет. При цьому захворюванні спостерігаються характерні порушення обміну речовин: підвищується рівень цукру в крові (гіперглікемія), з'являється цукор у сечі (глюкозурія), підсилюється розпад глікогену в печінці і м'язах, уповільнюється біосинтез білків і жирів, знижується швидкість окиснювання глюкози в тканинах. Крім того, відзначається негативний азотистий баланс, збільшується вміст холестеролу в крові, підсилюється мобілізація жиру з "жирових депо", відбувається синтез вуглеводів з амінокислот і утворення ацетонових тіл.

Глюкагон синтезується -клітками острівців Лангерганса в підшлунковій залозі. Він сприяє підвищенню вмісту глюкози в крові. Ця дія пояснюється тим, що глюкагон стимулює перетворення неактивної фосфорилази печінки в активну. У результаті підсилюється розпад глікогену в цьому органі, що і стає причиною збільшення вмісту глюкози (у виді глюкозо-1-фосфату) у крові, при цьому в печінці запас глікогену знижується.

Стероїдні гормони. До цієї групи відносяться гормони - похідні стероїдів. Вони синтезуються в корі надниркових залоз, сім’яниках, яєчниках, плаценті.

Молекули стероїдних гормонів здатні проникати в клітину і взаємодіяти зі специфічними рецепторами в її цитоплазмі. У результаті утворюється гормон-рецепторний комплекс, що, входячи в ядро клітини, впливає на її генетичний апарат.

Гормонів кори надниркових залоз продукується більш сорока. Вони носять загальну назву "кортикостероїди".

Стероідні гормони - це сполуки ліпідної природи. Їхнім попередником є холестерол (холестерин). За своєю функцією гормони коркової речовини надниркових залоз умовно розділяються на дві групи: мінералокортикоїди (альдостерон і дезоксикортикостерон), що регулюють водно-сольовий обмін і глюкокортикоїди (кортизон, кортизол і ін.), що стимулюють синтез глюкози з амінокислот і жирів (глюконеогенез) і сприяють відкладенню глікогену в печінці.

Основними представниками глюкокортикоїдів є гідрокортизон (кортизол), кортикостерон, 11-дезоксикортизол, 11-дегидрокортикостерон.

Найбільшу активність мають гідрокортизон і кортикостерон.

При дефіциті гідрокортизону порушується білковий, ліпідний і особливо вуглеводний обмін. При надлишку - різко підсилюється перетворення амінокислот у вуглеводи, зростає синтез глікогену і жирів, підвищується вміст глюкози в крові, що приводить до розвитку стероїдного діабету. При цьому відзначається також ожиріння верхньої частини тулуба, лице стає круглим і червоним, кінцівки худими, так званий "буйволовий тип".

При недостатній секреції кортикостерону порушується обмін вуглеводів, білків і ліпідів. При цьому скорочуються запаси глікогену в м'язах і печінці, знижується концентрація глюкози в крові, підсилюється розпад білків до амінокислот, прискорюється розпад жирів, збільшується вміст залишкового азоту в крові, порушується реабсорбція Na⁺ і К⁺ у канальцях нирок, знижується кров'яний тиск.

При надлишку кортикостерону різко підсилюються анаболічні процеси, що може привести до відхилень від норми.

До минералокортикоідів відносяться дезоксикортикостерон, альдостерон, що мають біологічний ефект на регуляцію рівня електролітів у біологічних рідинах організму.

Альдостерон і дезоксикортикостерон стимулюють зворотне усмоктування іонів натрію, хлору, бікарбонату в нирках, потових і слинних залозах, у слизовій оболонці шлунково-кишкового тракту.

При недостатнім утворенні минералокортикоїдів відбувається значна втрата солей натрію і води, а також затримка калію в організмі. При поразці кори надниркових залоз розвивається захворювання, вперше описане в 1849- 1855 р. англійським лікарем Т. Адісоном і названа їм "бронзова хвороба" (хвороба Адісона).

Утворення кортикостероїдів в надниркових залозах збільшується при впливі на організм високої або низької температур, недоліку кисню, при інфекції, важкому фізичному і психічному навантаженні.

У корковій речовині надниркових залоз утворюються також чоловічі статеві гормони - андрогени (від греч. andros - чоловік). Вони відповідальні за формування, розвиток і функціонування репродуктивної функції в чоловічому організмі. Андрогени стимулюють процеси біосинтезу білків, тканинного дихання, регулюють фосфорно-кальцієвий, ліпідний і інший види обміну. У механізмі прояву біологічної дії андрогенів головна роль належить реакціям фосфорилювання ядерних білків і регуляції активності хроматину. Основний представник андрогенів - тестостерон.

Характерною рисою андрогенів є їхній вплив на метаболізм у клітинах-"мішенях". Метаболічні перетворення андрогенів можуть привести до їх активності або інактивації.

Гормональну активність виявляє не сам тестостерон, а найбільш активний його метаболіт - 5-дегідротестостерон.

Тестостерон обумовлює нормальний ріст чоловічих статевих органів і розвиток вторинних статевих ознак у чоловіків, має анаболічну дію. Він підсилює затримку азоту в організмі і підвищує інтенсивність синтезу білків.

У крові тестостерон циркулює в комплексі з білком-переносником. Після проникнення через мембрану клітини в цитоплазмі тестостерон у результаті обмінних реакцій перетворюється в 5-дегідротестостерон, що здатний утворювати комплекс із цитоплазматичними рецепторами. Цей комплекс здобуває здатність проникати в ядро, що стимулює матричну активність хроматину.

Жіночі статеві гормони (в основному естрадіол, естрон, еквілін, еквілінін, прогестерон) синтезуються в яєчниках, функції яких контролюються гонадотропними гормонами гіпофіза.

Основна біологічна дія жіночих стаетвих гормонів складається в забезпеченні репродуктивної функції організму. Вони викликають розвиток вторинних статевих ознак і створюють оптимальні умови, що забезпечують можливість запліднення яйцеклітини після її дозрівання.

Гормони мозкового шару надниркових залоз - адреналін і норадреналін подібні за будовою з амінокислотою тирозином, від якого вони відрізняються наявністю додаткових ОН-груп у кільці і у -вуглецевого атома бічного ланцюга, а також відсутністю карбоксильної групи.

В умовах експерименту було встановлено, що попередником гормонів мозкового шару надниркових залоз є тирозин. У процесі обміну, піддаючись гідроксилюванню, декарбоксилюванню і метилюванню за участю відповідних ферментів, він перетворюється в адреналін і норадреналін.

З урахуванням будови адреналін і норадреналін поєднують під загальною назвою "катехоламіни". Вони мають ліпомобілізуючу дію, підвищуючи активність ліпази в жировій тканині, що виявляється в збільшенні концентрації вільних неетерифікованих жирних кислот у плазмі крові.

Адреналін викликає звуження кровоносних судин (крім судин серця і м'язів), підвищує кров'яний тиск, гальмує функцію шлунково-кишкового тракту, прискорює процес згортання крові. Адреналін впливає на кілька ланок обміну речовин, але особливо - на енергетичний. Він підсилює процес розщеплення глікогену в печінці, що приводить до підвищення вмісту глюкози в крові й інших тканинах. При посиленому утворенні адреналіну або при його введенні різко підвищується рівень цукру в крові. Адреналін прискорює фосфороліз глікогену не тільки в печінці, але й у м'язах.

Норадреналін також міститься в мозковій частині надниркових залоз як попередник адреналіну. За характером біологічної дії він подібний адреналінові, але є більш ефективним медіатором.

Тканинні гормони. Крім гормонів, синтезованих залозами внутрішньої секреції, існують гормони, що утворюються в різних органах і тканинах, а також у крові. До цієї групи відносяться каллікреїни, ангіотензин, простагландини, гастрін, секретин, ентерогастрин. Деякі з них утворюють системи. Так, калікреїн-кінінова система представлена пептидами, що утворюються в різних органах і тканинах, у тому числі в крові. Як правило, вони знаходяться в неактивному стані і активуються під впливом ферментів, які каталізують реакції обмеженого протеолізу.

Уся система кінінів має здатність розширювати просвіт судин, розслаблюючи їхню мускулатуру, що приводить до зниження кров'яного тиску.

Ренін-ангіотензинова система є антагоністом калікреїн-кінінової системи. Ангіотензин синтезується в неактивній формі у виді ангіотензиногену, що активується під дією ферменту нирок - реніну. Шляхом обмеженого протеолізу ангіотензиноген перетворюється в ангіотензин. Останній є важливим регулятором секреції гормону кори надниркових залоз - альдостерону, бере участь у регуляції не тільки судинного тонусу, але і водно-сольового обміну.

Співвідношення між системою кінінів і ангіотензин-альдостерон-реніновою системою є важливим механізмом регуляції гемодинаміки. Порушення цього співвідношення може привести до підвищення артеріального тиску.

Простагландини - сполуки із широким спектром гормональної дії. Вони синтезуються з поліненасичених жирних кислот (арахідонової, ліноленової, лінолевої) у багатьох тканинах організму, особливо в репродуктивних органах. Вперше були виділені з предстательної залози (від грец. ge prostata), звідси їхня назва.

У залежності від будови циклічної частини молекули розрізняють природні простагландини типу А, В, Е, F. Число подвійних зв'язків у бічних ланцюгах перерахованих типів позначають цифровими індексами.

Простагландини впливають на цілий ряд біохімічних реакцій. Вони знижують активність ліпази, є важливим регулятором обміну кальцію в м'язовій тканині, впливають на гемодинаміку нирок, секреторну функцію шлунка, утворення стероїдних гормонів. В даний час простагландини виявлені в багатьох органах і тканинах, у тому числі й у мозку, особливо в корі великих півкуль, де здійснюється їхній біосинтез.

Гастрин являє собою 17-членний пептид, синтезований слизовою оболонкою шлунка. Він підвищує секрецію шлункового соку (головним чином стимулює утворення соляної кислоти і лише в невеликій мері збільшує вироблення пепсину). Гастрин також сприяє виділенню секрету підшлункової залози і підсилює тонус і скорочення м'язів шлунка і тонкої кишки.