Глава III. Методы исследования эндокринной системы в норме и патологии

3.1. Краткий исторический очерк

Изучение эндокринной системы и сама эндокринология являются относительно новыми явлениями в истории науки. Эндокринная система была недосягаемой частью организма человека вплоть до начала 20 века. До этого исследователи не могли разгадать тайны эндокринных образований ввиду того, что не могли выделить и изучить выделяемые ими жидкости («соки» или «секреты»). Учёные не обнаруживали ни «соков», ни специальных выводных протоков, по которым произведённая жидкость обычно вытекает наружу. Поэтому единственным методом исследования функций эндокринной железы был метод иссечения части или целого органа.

Учёные – историки утверждали, что об органах эндокринной системы на Востоке знали ещё в глубокой древности и почтительно величали их «железами судьбы». По мнению восточных врачевателей, эти железы являлись приёмниками и трансформаторами космической энергии, вливающейся в невидимые каналы (чакры) и поддерживающей жизненные силы человека. Считалось, что слаженную работу «желёз судьбы» могут расстроить катастрофы, происходящие по воле злого рока.

Упоминание о заболевании, скорее всего сахарном диабете, содержится в египетских папирусах 1500 г. до н. э.. Зоб и эффекты кастрации животных и человека принадлежат к первым клиническим описаниям болезней, эндокринная природа которых была доказана впоследствии. Старые клинические описания эндокринных заболеваний были сделаны не только на Западе, но и древнем Китае и Индии.

Если расположить значительные открытия во многих областях эндокринологии по времени, то полученная картина отразит в миниатюре историю всей биологии и медицины. После отрывочных клинических наблюдений, сделанных в древности и средневековье, эти науки прогрессировали крайне медленно. Во второй половине 19 века произошёл быстрый скачок в развитии многих областей медицины, как в отношении качества клинических исследований, так и в понимании механизмов заболеваний. Этот процесс был обусловлен сложностью взаимосвязью исторических причин.

Во-первых, промышленная революция привела к накоплению капиталов, которые использовались для развития многих наук, главным образом химии и биологии.

Другая революция, свершившаяся во второй половине 19 века и имевшая фундаментальное значение для развития не только эндокринологии, но и медицины и биологии, состояла в появлении экспериментального моделирования на животных. Клод Бернар и Оскар Минковский продемонстрировали возможность проведения контролируемых и воспроизводимых опытов в лабораторных условиях. Иными словами, была создана возможность «перекрёстного допроса» природы. Без деятельности этих первооткрывателей мы бы были лишены большей части современных знаний в области эндокринологии. Изучение всех тех веществ, которые называются гормонами, начиналось с опытов на целых животных (а часто и предшествовавших им наблюдений над больными людьми). Эти вещества именовались веществом «Х» или фактором «?». Постулаты « Коха» для эндокринологии предусматривали следующий порядок работы:

1. Удаление предполагаемой железы. После удаления какой-либо эндокринной железы возникает комплекс расстройств, обусловленных выпадением регуляторных эффектов тех гормонов, которые вырабатываются в этой железе. Вследствие травматичности оперативного вмешательства вместо хирургического удаления эндокринной железы может быть использовано введение химических веществ, нарушающих их гормональную функцию. Например, введение животным аллоксана нарушает функцию ?-клеток поджелудочной железы, что приводит к развитию сахарного диабета, проявления которого практически идентичны расстройствам, наблюдаемым после экстирпации поджелудочной железы.

2. Описание биологических эффектов операции. Например, предположение о наличии эндокринных функций у поджелудочной железы нашло подтверждение в опытах И. Меринга и О. Минковского (1889), показавших, что ее удаление у собак приводит к выраженной гипергликемии и глюкозурии; животные погибали в течение 2—3 недель после операции на фоне явлений тяжелого сахарного диабета. В последующем было установлено, что эти изменения возникают из-за недостатка инсулина — гормона, образующегося в островковом аппарате поджелудочной железы.

3. Введение экстракта железы.

4. Доказательство того, что введение экстракта ликвидирует симптомы отсутствия железы.

5. Выделение, очистка и идентификация активного начала.

В период второй мировой войны в области эндокринологии было накоплено большое количество данных, многие из которых имели фундаментальное значение для последующего развития науки. После же войны в связи с появлением множества новых методик произошло вообще беспрецедентное ускорение темпа исследований. И в настоящее время в результате резкого притока технических и творческих сил количество публикаций, как по эндокринологии, так и по всем другим аспектам медико-биологических знаний растёт с впечатляющей быстротой. Это означает постоянное поступление новых данных, что требует периодического пересмотра старых представлений в их свете.

XX век ознаменовался рождением науки о гормонах, или эндокринологии. Само слово «гормон» было введено в 1905 г. британским физиологом, профессором Эрнстом Старлингом на лекции в Королевском колледже медиков в Лондоне. Оно было образовано двумя профессорами Кембриджского университета от греческого слова hormao, что значит «быстро приводить в действие», «поднимать» или «возбуждать». Старлинг использовал его для описания «химических носителей», выбрасываемых в кровь железами внутренней секреции, или эндокринными железами (endon — внутренний + krino — вырабатывать), например, семенниками, надпочечниками и щитовидной железой, а также из внешних, экзокринных (exo — внешний) желез, таких как слюнные и слезные железы. Эта новая наука очень быстро развивалась, возбуждая умы не только медиков, но и общества.

Как правило, история изучения любого гормона проходит четыре стадии.

Сначала наблюдается эффект, который производит на организм секрет, выделяемый железой.

Во-вторых, разрабатываются методы определения внутреннего секрета и степени его влияния на организм. Сначала это делается посредством биологических анализов с целью определения влияния гормона на организм, в котором его не хватает. Позже устанавливаются химические методы такого измерения.

В-третьих, гормон выделяют из железы и изолируют.

И наконец, в-четвертых, его структуру определяют химики, и его синтезируют.

В настоящее время у исследователей, начинающих с наблюдений на уровне целостного организма, по мере продвижения работы возникает всё больше и больше вопросов до тех пор, пока они не пытаются решить исходную проблему на молекулярном уровне. Здесь в свои руки эндокринологическое исследование берёт биологическая химия и её раздел – молекулярная биология (эндокринология).

Как только появляются новые морфологические, химические, электрофизиологические, иммунологические и другие методики, они находят очень быстрое применение в эндокринологии. Например, в 30 – 40х годах для изучения стероидов применялись весьма сложные методы. Это обусловило большие успехи в понимании структуры и биосинтеза стероидных гормонов. Возможность использования радиоактивных изотопов, появившаяся в конце 40 - 50х годов, расширила наши знания о многих аспектах йодного цикла, промежуточного обмена, транспорта ионов и т. д. Для исследования функциональной активности эндокринной железы, может быть использована ее способность захватывать из крови и накапливать определенное соединение. Известно, например, что щитовидная железа активно поглощает йод, который затем используется для синтеза тироксина и трийодтиронина. При гиперфункции щитовидной железы накопление йода усиливается, при гипофункции наблюдается обратный эффект. Интенсивность накопления йода может быть определена путем введения в организм радиоактивного изотопа 131I с последующей оценкой радиоактивности щитовидной железы. В качестве радиоактивной метки могут быть введены также соединения, которые используются для синтеза эндогенных гормонов и включаются в их структуру. В последующем можно определить радиоактивность различных органов и тканей и оценить, таким образом, распределение гормона в организме, а также найти его органы-мишени.

Позднее для изучения многих белков, в том числе гормональных рецепторов, было творчески использовано сочетание электрофореза в поликриламидном геле с радиоавтографией. Одновременно с этими впечатляющими успехами в химии ещё более плодотворным оказалось применение гистохимических, иммуногистохимических и электронно-микроскопических методов.

Все варианты хроматографии – колоночная, тонкослойная, бумажная, многомерная, газо-жидкостная (с масс-спектрометрией или без неё), высокоэффективная жидкостная – использовались эндокринологами тотчас же после их появления. Они позволили получить важные сведения не только об аминокислотной последовательности пептидов и белков, но и о липидах (особенно простагландинах и близких к ним веществах), углеводах и аминах.

По мере разработки молекулярно-биологических методов исследования эндокринологи быстро применяют их для изучения механизмов действия гормонов. В настоящее время метод рекомбинантных ДНК используется не только для этой цели, но и для производства белковых гормонов. Действительно, трудно назвать биохимический или физиологический метод, который не был бы взят на вооружение эндокринологами.