Тема 5. Особенности функций желез внутренней секреции

Регуляция деятельности органов и тканей, обмена веществ и энергии, всех других жизненных процессов осуществляется нервно-гуморальной системой. Гуморальное звено регулирующей системы представлено в основном гормонами, вырабатываемые железами внутренней секреции. Железы внутренней секреции возникли на определенном уровне организации животного мира. Они имеются у кольчатых червей, моллюсков и других низших животных, но наиболее высокого совершенства достигли у членистоногих и позвоночных.

Работа № 1. Общая характеристика желез внутренней секреции.

Цель занятия: Изучить строение и функции желез внутренней секреции.

Железами внутренней секреции, или эндокринными (от греческих слово «эндон» - внутри, «крион» - выделяю), называют такие железистые органы, которые выделяют образуемые ими биологически активные вещества непосредственно в кровь или лимфу; эти железы в отличие от желез внешней, или экзогенной, секреции не имеют выводных протоков.

Вещества непосредственно поступающие в кровь носят название гормонов или инкретов. Гормоны отличаются высокой биологической активностью, но в то же время обладают специфичностью, т. е. каждый гормон оказывает влияние только на определенные функции организма. Одни гормоны влияют на рост, другие - на обмен веществ, третьи - на развитие организма и т. д.

К железам внутренней секреции относится гипофиз, щитовидная и паращитовидная железы, надпочечники, островки Лангерганса поджелудочной железы, половые железы, вырабатывающие гормоны, наряду с половыми продуктами, а также эпифиз, зобная железа и некоторые другие образования. Синтез и выделение гормонов регулируется нервной системой. Центральная нервная система осуществляет свои регуляторные функции либо передачей импульсов к определенным органам по нервным веткам, либо выбрасыванием в кровь тех или иных гормонов. Регуляция чисто нервным путем изменяет функции только тех органов, которым адресован нервный импульс, и эти изменения существуют в течение короткого времени. В тех же случаях, когда необходимо перестроить функцию многих органов и систем организма на длительное время, более эффективным является гормональный путь регуляции. Гормоны, циркулирующие в крови, действуют на многие органы, и это влияние продолжается, пока гормоны находятся в крови.

Эндокринные железы принято делить на две группы:

1. только эндокринные (щитовидная и околощитовидные, гипофиз, мозговой и корковый слои надпочечников, плацента, возможно, эпифиз и тимус);

2. смешанной секреции (поджелудочная железа, семенники, яичники).

Железы внутренней секреции, как правило, небольшой величины и имеют богатое кровоснабжение. Артерии, подходящие к ним, распадаются на густую сеть капилляров, чем создается большая поверхность соприкосновения их с клетками железы. Обильно снабжены железы нервами, как вазомоторными, так и воздействующими на секреторную ткань. Нервные волокна представлены вегетативными безмякотными волокнами. От эндокринных желез берут начало афферентные нервные волокна.

Задание: Ознакомится с принципами работы желез внутренней секреции, обобщить собранный материал (А.Н. Голиков, 1991; Б.И. Ткаченко, 1994; В.Г. Скопичев, 2003; К.А. Сидорова и др., 2007).

Контрольные вопросы:

1. Каким образом гипоталамус регулирует деятельность гипофиза и других желез внутренней секреции.

2. Что такое нейросекреция.

3. Какова роль гормонов гипофиза в регуляции физиологических процессов.

Работа № 2. Методы изучения функций эндокринных желез.

Цель занятия: Изучить методы используемые в эндокринологии.

И.П. Павлов говорил: «Цель синтеза – оценки значение каждого органа с его истинной и жизненной стороны, указать его место и соответствующую ему меру». Неразрывное сочетание анализа и синтеза – один из основных принципов Павловских исследований – изучение жизненных процессов в целостном организме при его разнообразных взаимоотношениях с окружающей средой.

Одним из наиболее старых методов является метод экстирпации – оперативного удаления той или иной эндокринной железы с последующим изучением изменений, которые произойдут в организме в результате такой операции. У мелких животных успешно применяют выжигание или электрокоагуляцию эндокринных желез.

Вместо хирургического удаления можно выключить функцию эндокринных желез химическими веществами – ингибиторами. Например, аллоксан избирательно включает β-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, которые вырабатывают инсулин. Выделение в кровь гормонов щитовидной железы – тироксина и трийодтеранина - блокируется метилтиоурацилом, тиомочевинной и некоторыми другими соединениями.

Метод трансплантации – пересадка эндокринных желез. Если после полного удаления эндокринной железы в организме развиваются характерные изменения и расстройства, то обычно после обратной ее трансплантации, даже в другую часть тела, эти расстройства пропадают. Пересадка органа, взятого у того же самого животного, называется аутотрансплантацией. Если пересаживают железу другого животного того же вида, это будет гомотрансплантация. Пересадка железы, взятой у животного другого вида, носит название гетеротрансплантацией. Лучшие результаты получаются при аутотрансплантации. Гомотрансплантация не всегда ведет к приживлению органов, и часто через некоторое время они рассасываются. При гетеротрансплантации эндокринные железы, как правило, отторгаются. Приживление происходит легче, если соответствующая эндокринная железа реципиента не функционирует или была предварительно удалена. Так, пересадка половых желез легче удается кастратам, гипофиза – животным с удаленным гипофизом и т.д.

Применяют также введение экстрактов эндокринных желе и препаратов гормонов. Для получения экстрактов ткань железы измельчают, растирают и экстрагируют различными растворителями. Но экстракты содержат и другие физиологически активные вещества, поэтому более четкие результаты получаются лишь при введении в организм подопытных животных препаратов гормонов. В настоящее время большинство гормонов млекопитающих животных и человека получено в очищенном виде, многие из них синтезируют на предприятиях фармацевтической промышленности

Предложены химические и биологические методы определения содержания гормонов в крови, притекающей к эндокринной железе и оттекающей от нее, но так как количество гормонов, циркулирующих в крови, незначительное, то применение химических методик затруднительно. Активность гормона обычно выражают в биологических единицах действия, условно принимая за биологическую единицу такую дозу гормона, которая вызывает определенный физиологический эффект. В зависимости от того на животных, какого вида проводят определение, различают мышиные, крысиные, кроличьи и другие единицы.

Химический синтез гормонов является очень важным для изучения функций эндокринных желез. Если какой-нибудь гормон получен в чистом виде и в достаточно больших количествах, его изучение сразу же ускоряется. Гормон становится возможным вводить животным разных видов в кровь, желудочки мозга, втирать в кожу и т. д. Им можно обрабатывать суспензии клеток и субклеточные частицы - ядра, митохондрии, рибосомы. Все это в какой-то мере дает возможность ответить на вопрос, как действует данный гормон.

Синтетическим путем получают гормоны: вазопрессин и окситоцин, кортизон и кортизол, адреналин и норадреналин, половые гормоны и инсулин.

Парабиоз - создание общего кровообращения также используют при изучении функций желез внутренней секреции. Для этого хирургическим путем соединяют кровеносные сосуды двух или большего числа животных одного и того же вида. Интересные наблюдения проведены на сросшихся близнецах, имеющих раздельную нервную систему, но общее кровообращение.

Метод радиоактивных изотопов позволяет установить процесс биологического синтеза гормонов в железах внутренней секреции, их распределение, а в разных органах и тканях, химические превращения и пути выделения из организма. Особенно широкое применение получил метод радиоактивных изотопов при изучении функций щитовидной железы. Путем введения радиоактивного йода (J¹³¹), большая часть которого из крови задерживается щитовидной железой, можно количественно изучить все ступени синтеза и секреции ее гормонов и выяснить, в течение какого времени они происходят. Животному или человеку дают выпить воду или молоко с радиоактивным йодом в форме йодистого натрия и через различные интервалы времени определяют количество радиоактивного йода в щитовидной железе, плазме крови и моче.

Клинические наблюдения за больными с нарушением функций желез внутренней секреции, последствия их гипо - или гиперфункции, результаты патологоанатомического вскрытия после смерти дали возможность накопить огромный материал относительно роли различных эндокринных желез в организме.

К новейшим способам исследования относится метод флюоресцирующих антител. Получают антитела, специфичные в отношении какого-либо гормона белковой природы, соединяют их с флюоресцирующим веществом и такими флюоресцирующий антителами обрабатывают срезы эндокринных органов, содержащих гормон антиген. Поскольку происходит образование флюоресцирующего комплекса антиген-антитело в флюоресцентный микроскоп можно видеть распределение гормона в ткани. Этим методом удалось установить, что инсулин образуется в β-клетках островковой ткани поджелудочной железы, так как лишь в них обнаруживаются флюоресцирующие антитела.

Перспективным является и метод радиоавтографии - введение животному гормона, молекулы которого содержат радиоактивные атомы. Через определенный промежуток времени у животного берут кусочки ткани и готовят срезы. Эти срезы помещают в фотографическую эмульсию, чувствительную к радиоактивному излучению. При проявлении участки пленки, подвергшиеся облучению, чернеют, что позволяет судить о локализации гормона.

С помощью этой методики установлено, что гормоны, выделяемые задней долей гипофиза, - окситоцин и вазопрессин - образуются в нейронах гипоталамуса и по аксонам перемещаются в гипофиз.

Задание: Ознакомится с методами изучения функций ЖВС, обобщить собранный материал (А.Н. Голиков, 1991; В.Г. Скопичев, 2003; К.А. Сидорова и др., 2007).

Контрольные вопросы:

1. Перечислите методы изучения функций желез внутренней секреции.

2. Какие преимущества для организма создает синтез гормонов в виде прогормонов и препрогормонов.

Работа № 3. Характеристика гормонов и механизм их действия.

Цель занятия: Изучение характеристики гормонов желез внутренней секреции и механизма их действия.

Гормоны представляют собой химические вещества, имеющие определяющее значение для морфологического развития организма и для биохимической и биофизической деятельности его органов. В XX столетии все в большем количестве выделялись и выделяются (преимущественно из животного материала) вещества с такого рода свойствами. Они оказались эффективными средствами для лечения различных болезней.

Химическое исследование, установление структуры и синтез гормонов шли рука об руку с развитием методов биологического испытания. За решением относительно простой проблемы - выяснения природы и действия пирокатехинаминов, йодированных тиронинов и производных триптофана - последовало решение более сложных вопросов - о структуре, конфигурации и конформации стероидных гормонов. Наконец, в последнее время стало возможным установление химического строения пептидных гормонов.

Классические правила гормонологии требуют следующих доказательств для установления гормональной активности вещества:

1. наличия отчетливых явлений выпадения гормонального действия, обнаруживаемых после удаления органа, продуцирующего гормон;

2. устранения явлений выпадения путем заместительной терапии посредством ауто- или гомотрансплантатов или экстрактов из органа, продуцирующего гормон;

3. наличия качественно специфического гормонального действия у чистого вещества, изолированного из сырого экстракта из органа, и, если возможно, также у синтезированного.

Гормоны - биологически активные соединения, выделяемые железами внутренней секреции непосредственно в кровь и лимфу.

По химическому строению гормоны подразделяются на три группы:

1) Стероидные гормоны (производные холестерина), к которым относятся гормоны коры надпочечников – кортикостероиды (гидрокортизон, кортикостерон, альдостерон), и гормоны половых желез (тестостерон, эстрадиол, прогестерон).

2) Белковые и полипептидные гормоны секретируемые гипофизом (окситоцин, вазопрессин, адренокортикотропный, лактогенный, соматотропный, лютеинизирующий, фолликулостимулирующий, тиротропный (тиреотропный), меланоцистимулирующий (меланоцистостимулирующий), липотропный), поджелудочной железой (инсулин, глюкагон), щитовидной железой (тирокальцитонин или тиреокальцитонин), околощитовидной (паратгормон). Большая группа пептидных гормонов – так называемый релизинг-гормон вырабатывается гипоталамусом.

3) Производные аминокислоты тирозина, к которым относят тироксин, трийодтиронин, секретируемые щитовидной железой; адреналин, норадреналин, секретируемые мозговым веществом надпочечников.

Физиологическое действие гормонов многообразно, проявляется в очень малых концентрациях. Гормоны оказывают регулирующее влияние на все звенья обмена веществ, на все функции организма, играют важную роль в поддержании гомеостаза и в адаптации организма к меняющимся условиям внутренней и окружающей среды. Действие гормонов на обмен веществ осуществляется путем изменения скорости превращения веществ, главным образом через ферментные системы; гормоны влияют на синтез и активность ферментов. Многие гормоны воздействуют на генетический аппарат клетки, в частности на биосинтез специфической РНК, регулируя рост, размножение и дифференцировку тканей, синтез тканевых белков. Гормоны регулируют проницаемость клеточных мембран, активность рибосом и митохондрий. Посредством стимуляции образования в тканях цикличного 3¹ -, 5¹ – аденозинмонофосфата проявляют действие гормонов надпочечников, поджелудочной и половых желез.

Задание: Ознакомится с характеристикой гормонов и их действием, обобщить собранный материал (И.А.Эскин, 1975; В.Г. Баринов, 1979; А.Н. Голиков, 1991; В.Г. Скопичев, 2003; Сидорова К.А. и др., 2007).

Контрольные вопросы:

1. Гормоны щитовидной железы. Надпочечников, поджелудочной и половых желез и их физиологическое значение. Каким образом паратгормрон, тиреокальцитонин и витамин Д поддерживают относительное постоянство концентрации кальция и фосфора в крови.

2. Что такое стресс и какова роль гипоталамуса, гипофиза, коры надпочечников и других желез в реакции адаптации организма к неблагоприятным воздействиям среды – стрессов.

3. Какова роль гормонов в регуляции жирового и белкового обмена.