39 Проблемы химической коммуникации. Рецепторное опосредование химического сигнала, вторичные мессенджеры.

1. Уровни организации регуляторных систем.

2. Роль гормонов в регуляции метаболизма.

3. Гормоны мозгового вещества надпочечников, щитовидной, паращитовидной и поджелудочной желез.

Для нормального функционирования многоклеточного организма необходима взаимосвязь между отдельными клетками, тканями и органами. Эту взаимосвязь осуществляют 4 основные системы регуляции.

• Центральная и периферическая нервные системы через нервные импульсы и нейромедиаторы;

• Эндокринная система через эндокринные железы и гормоны, которые секретируются в кровь и влияют на метаболизм различных клеток-мишеней;

• Паракринная и аутокринная системы посредством различных соединений, которые секретируются в межклеточное пространство и взаимодействуют с рецепторами либо близлежащих клеток, либо той же клетки (простагландины, гормоны ЖКТ, гистамин и др.);

• Иммунная система через специфические белки (цитокины, антитела).

Системы регуляции метаболизма. А - эндокринная - гормоны секретируются железами в кровь, транспортируются по кровеносному руслу и связываются с рецепторами клеток-мишеней;

Б - паракринная - гормоны секретируются во внеклеточное пространство и связываются с мембранными рецепторами соседних клеток;

В - аутокринная - гормоны секретируются во внеклеточное пространство и связываются с мембранными рецепторами клетки, секретирующей гормон:

Уровни организации регуляторных систем

3 иерархических уровня.

Первый уровень - ЦНС. Нервные клетки получают сигналы, поступающие из внешней и внутренней среды, преобразуют их в форму нервного импульса и передают через синапсы, используя химические сигналы - медиаторы. Медиаторы вызывают изменения метаболизма в эффекторных клетках.

Второй уровень - эндокринная система. Включает гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы (а также отдельные клетки), синтезирующие гормоны и высвобождающие их в кровь при действии соответствующего стимула.

Третий уровень - внутриклеточный. Его составляют изменения метаболизма в пределах клетки или отдельного метаболического пути, происходящие в результате:

- изменения активности ферментов путём активации или ингибирования;

- изменения количества ферментов по механизму индукции или репрессии синтеза белков или изменения скорости их разрушения;

- изменения скорости транспорта веществ через мембраны клеток.

Роль гормонов в регуляции обмена веществ и функций

Интегрирующими регуляторами, связывающими различные регуляторные механизмы и метаболизм в разных органах, являются гормоны. Они функционируют как химические посредники, переносящие сигналы, возникающие в различных органах и ЦНС. Ответная реакция клетки на действие гормона очень разнообразна и определяется как химическим строением гормона, так и типом клетки, на которую направлено действие гормона.

Гормоны (греч. hormao – привожу в движение) – это биологически активные вещества, различные по химической природе, вырабатываемые специализированными органами и тканями (железами внутренней секреции) поступающие непосредственно в кровь и осуществляющие гуморальную регуляцию обмена веществ и функций организма. Для всех гормонов характерна большая специфичность действия.

Гормоноиды – вещества, вырабатываемые в ряде тканей и клеток (не в специализированных органах), подобно гормонам влияющие на обменные процессы и функции организма. Гормоноиды часто оказывают свое действие внутри тех клеток, в которых они образуются, или же они распространяются путем диффузии и действуют вблизи места своего образования, некоторые же гормоноиды попадают и в кровоток. Резких различий между гормонами и гормоноидами нет.

Эндокринная система представляет собой функциональное объединение специализированных для внутренней секреции клеток, тканей и органов. Основной их функцией является синтез и секреция во внутреннюю среду организма (инкреция) молекул гормонов. Таким образом, эндокринная система осуществляет гормональную регуляцию процессов жизнедеятельности. Эндокринной функцией обладают: 1) органы или железы внутренней секреции, 2) эндокринная ткань в органе, функция которого не сводится лишь к внутренней секреции, 3) клетки, обладающие наряду с эндокринной и неэндокринными функциями.

Органы, ткани и клетки с эндокринной функцией

№	Органы	Ткань, клетки	Гормоны
I	Эндокринные железы
1.	Гипофиз а) Аденогипофиз	Кортикотрофы Гонадотрофы Тиреотрофы Соматотрофы Лактотрофы	Кортикотропин Меланотропин Фоллитропин Лютропин Тиреотропин Соматотропин Пролактин
-	б) нейрогипофиз	Питуициты	Вазопрессин Окситоцин Эндорфины
2	Надпочечники а) корковое вещество б) мозговое вещество	Клубочковая зона Пучковая зона Сетчатая зона Хромаффинные клетки	Минералокортикоиды Глюкокортикоиды Половые стероиды Адреналин (Норадреналин) Адреномедуллин
3	Щитовидная железа	Фолликулярные тиреоциты К-клетки	Трийодтиронин Тетрайодтиронин Кальцитонин
4	Околощитовидные железы	Главные клетки К-клетки	Паратирин Кальцитонин
5	Эпифиз	Пинеоциты	Мелатонин
II	Органы с эндокринной тканью
6	Поджелудочаня железа	Островки Лангерганса альфа-клетки бета-клетки дельта-клетки	Глюкагон Инсулин Соматостатин
7	Половые железы а) семенники б)яичники	Клетки Лейдига Клетки Сертолли Клетки гранулезы Желтое тело	Тестостерон Эстерогены Ингибин Эстрадиол Эстрон Прогестерон Прогестерон
III	Органы с инкреторной функцией клеток
8	Желудочно-кишечный тракт	Эндокринные и энтерохромаффинные клетки желудка и тонкого кишечника	Регуляторные пептиды
9	Плацента	Синцитиотрофобласт Цитотрофобласт	Хорионический гонадотропин Пролактин Эстриол Прогестерон
10	Тимус	Тимоциты	Тимозин, Тимопоэтин, Тимулин
11	Почка	ЮГА Перитубуляерные клетки Канальцы	Ренин Эритропоэтин Кальцитриол
12	Сердце	Миоциты предсердий	Атриопептид Соматостатин Ангиотензин-II
13	Кровеносные сосуды	Эндотелиоциты	Эндотелины NO Гиперполяризующий фактор Простагландины Регуляторы адгезии

Система клеток, способных трансформировать аминокислоты в различные гормоны, и имеющих общее эмбриональное происхождение образует АПУД-систему (около 40 типов клеток, обнаруживаемых в ц.н.с. (гипоталамусе, мозжечке), железах внутренней секреции (гипофизе, шишковидном теле, щитовидной железе, островках поджелудочной железы, надпочечниках, яичниках), в желудочно-кишечном тракте, легких, почках и мочевых путях, параганглиях и плаценте) APUD — аббревиатура, образованная из первых букв англ. слов amines амины, precursor предшественник, uptake усвоение, поглощение, decarboxylation декарбоксилирование; синоним диффузная нейроэндокринная система. Клетки АПУД-системы - апудоциты - способны к синтезу биогенных аминов (катехоламинов, серотонина, гистамина) и физиологически активных пептидов, располагаются диффузно или группами среди клеток других органов. Созданию концепции АПУД-системы способствовало одновременное обнаружение в пептидпродуцирующих эндокринных клетках и нейронах большого числа пептидов, играющих роль нейромедиаторов или секретирующихся в кровоток как нейрогормоны. Было установлено, что биологически активные соединения, вырабатываемые клетками АПУД-системы, выполняют эндокринную, нейрокринную и нейроэндокринную

Особенности гормонов:

- в крови гормоны присутствуют в очень низкой концентрации

(до 10^-12 моля);

- эффект их реализуется через посредников – мессенджеров;

- гормоны меняют активность уже существующих ферментов или усиливают синтез ферментов;

- действие ферментов контролируется ЦНС;

- гормоны и железы внутренней секреции связаны механизмом прямой и обратной связи.

Многие гормоны переносятся по крови не самостоятельно, а с белками плазмы крови – переносчиками. Разрушаются гормоны в печени, а выводятся продукты их разрушения почками.

В органах-мишенях (которых достигают гормоны) на поверхности клеток имеются специфические рецепторы, которые «узнают» свой гормон, иногда эти рецепторы не на клеточной мембране, а на ядре внутри клетки.

Синтезированные гормоны депонируются в соответствующих железах в разных количествах:

- запас стероидных гормонов – хватает на обеспечение организма в течение нескольких часов,

- запас белково-пептидных гормонов (в форме прогормонов) хватает на

1 сутки,

- запас катехоламинов - на несколько суток,

- запас тиреоидных гормонов - на несколько недель.

Секреция гормонов в кровь(путем экзоцитоза или диффузии) происходит неравномерно – она носит пульсирующий характер, или наблюдается циркадный ритм. В крови белково-пептидные гормоны и катехоламины обычно находятся в свободном состоянии, стероидные и тиреоидные гормоны связываются со специфическими белками-переносчиками. Период полужизни гормонов в плазме составляет: катехоламинов - секунды, белково-пептидных гормонов - минуты, стероидных гормонов - часы, тиреоидных гормонов - несколько суток. Гормоны воздействуют на клетки-мишени, взаимодействуя с рецепторами, их отделение от рецепторов происходит через десятки секунд или минуты. Все гормоны в конечном счете разрушаются, частично в клетках-мишенях, особенно интенсивно - в печени. Выделяются из организма главным образом метаболиты гормонов, неизмененные гормоны - в очень малых количествах. Основной путь их выведения - через почки с мочой.

Физиологический эффект гормона определяется разными факторами, например:

• концентрацией гормона (которая определяется скоростью инактивации в результате распада гормонов, протекающего в основном в печени, и скоростью выведения гормонов и его метаболитов из организма),

• сродством к белкам-переносчикам (стероидные и тиреоидные гормоны транспортируются по кровеносному руслу в комплексе с белками),

• количеством и типом рецепторов на поверхности клеток-мишеней.

Синтез и секреция гормонов стимулируются внешними и внутренними сигналами, поступающими в ЦНС.

Эти сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез пептидных рилизинг-гормонов (от англ, release - освобождать) - либеринов и статинов.

Либерины стимулируют, а статины ингибируют синтез и секрецию гормонов передней доли гипофиза.

Гормоны передней доли гипофиза, называемые тропными гормонами, стимулируют образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желёз, которые поступают в общий кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями.

Схема взаимосвязи регуляторных систем организма. 1 - синтез и секреция гормонов стимулируется внешними и внутренними сигналами; 2 - сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез и секрецию рилизинг-гормо-нов; 3 - рилизинг-гормоны стимулируют (либерины) или ингибируют (статины) синтез и секрецию тройных гормонов.гипофиза; 4 - тройные гормоны стимулируют синтез и секрецию гормонов периферических эндокринных желез; 5 - гормоны эндокринных желез поступают в кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями; 6 - изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов эндокринных желез и гипоталамуса; 7 - синтез и секреция тройных гормонов подавляется гормонами эндокринных желез; ⊕ - стимуляция синтеза и секреции гормонов; ⊝ - подавление синтеза и секреции гормонов (отрицательная обратная связь).

Поддержание уровня гормонов в организме обеспечивает механизм отрицательной обратной связи. Изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов, действуя либо на эндокринные железы, либо на гипоталамус. Синтез и секреция тропных гормонов подавляется гормонами эндокринных периферических желёз. Такие петли обратной связи действуют в системах регуляции гормонов надпочечников, щитовидной железы, половых желёз.

Не все эндокринные железы регулируются подобным образом:

- гормоны задней доли гипофиза - вазопрессин и окситоцин - синтезируются в гипоталамусе в виде предшественников и хранятся в гранулах терминальных аксонов нейрогипофиза;

- секреция гормонов поджелудочной железы (инсулина и глюкагона) напрямую зависит от концентрации глюкозы в крови.

В регуляции межклеточных взаимодействий участвуют также низкомолекулярные белковые соединения - цитокины. Влияние цитокинов на различные функции клеток обусловлено их взаимодействием с мембранными рецепторами. Через образование внутриклеточных посредников сигналы передаются в ядро, где происходят активация определённых генов и индукция синтеза белков. Все цитокины объединяются следующими общими свойствами:

• синтезируются в процессе иммунного ответа организма, служат медиаторами иммунной и воспалительной реакций и обладают в основном аутокринной, в некоторых случаях паракринной и эндокринной активностью;

• действуют как факторы роста и факторы дифференцировки клеток (при этом вызывают преимущественно медленные клеточные реакции, требующие синтеза новых белков);

• обладают плейотропной (полифункциональной) активностью.