Безруких М.М., Сонькин В.Д., Фарбер Д.А. Возрастная физиология (физиология развития ребенка)

Подождите немного. Документ загружается.

воздействия на другие железы внутренней секреции, в которых

под влиянием тропных гормонов ускоряется либо замедляется

выработка собственных гормонов, которые обычно действуют уже

непосредственно на соматические клетки.

Таблица 13

Масса молекул различных гормонов

Класс органических

соединений

Катехоламины

Тиреоиды

Стероиды

Пептиды

Высокомолекуляр-

ные белки

Молекулярная

масса,

углеродные у. е.

150-200

300-700

1000-5000

10000-30000

>50000

Гормоны

Норадреналин, адреналин

Тироксин, трийодтиронин

Тестостерон, эстрогены,

прогестерон, кортикостеро-

иды

Гормоны гипоталамуса,

ангиотензин, гастрин,

секретин, глюкагон, каль-

цитонин, инсулин, парат-

гормон

Гормон роста, пролактин,

лютеинизирующий гормон,

фолликулостимулирующий

гормон, тиреотропный

гормон

Ферменты — вещества, от которых непосредственно зависит

скорость биохимических реакций как внутри клеток, так и в по-

лостях тела, в частности в желудочно-кишечном тракте. Большин-

ство ферментов имеют белковую природу, т.е. построены из мно-

жества аминокислотных мономеров и различаются первичной,

вторичной и третичной структурой. Первичная структура белка —

это последовательность аминокислот в полимерной цепочке. Вто-

ричная структура — это ветвление полимерной цепочки. Третич-

ная структура — эта конформация молекулы в пространстве. Буду-

чи весьма крупной молекулой с огромным молекулярным весом,

белковая молекула занимает в пространстве определенный объем,

причем отдельные ветви этой макромолекулы могут быть при-

чудливо переплетены и для жесткости соединены между собой с

помощью так называемых «водородных мостиков». Эти связи не

очень прочные: они могут изменяться — разрушаться и созда-

ваться вновь — под влиянием многих условий, в том числе рН,

концентрации определенных солей и т.п. Изменения конформа-

ции этих связей ведет к изменению механических свойств моле-

кулы белка, и нередко это используется в биохимических процес-

291

сах для осуществления конкретных функций, для которых данная

белковая молекула предназначена. В частности, каталитические

свойства ферментов нередко состоят в том, что они, используя

особенности своей третичной структуры, осуществляют механи-

ческое соединение двух молекул субстрата, что и приводит к осу-

ществлению нужной для клетки биохимической реакции.

Витамины — вещества, содержащие, как правило, амино-

кислоты (отсюда их название) и непосредственно влияющие на

множество метаболических процессов. Большая часть витаминов

выполняет в клетках роль коферментов.

Перечисленные типы БАВ, синтезируемых в организме, от-

нюдь не исчерпывают всего их разнообразия. В последние десяти-

летия открыты многие новые классы молекул, обладающих вы-

сокой биологической активностью и принимающих участие в ре-

гуляции не только физиологических функций, но и поведения

человека. К ним, в частности, относятся эндорфины — веще-

ства, по своей химической структуре похожие на морфий, выра-

батываемые некоторыми клетками мозга и выполняющие функ-

цию «внутреннего наркотика» для создания ощущения радости

и удовлетворенности (эйфории) при разных психических пере-

живаниях и активной деятельности. Так, например, считается,

что спортивная деятельность способствует выработке эндорфи-

нов и этим оказывается особенно привлекательна для многих

людей. Есть также данные об участии эндорфинов в формирова-

нии ощущений полового удовлетворения.

Огромный класс веществ, открытый среди секретов желез внеш-

ней секреции, — феромоны — обладают сильным ароматом и

привлекают или отпугивают других особей. У некоторых насеко-

мых чувствительность к феромонам столь велика, что самец спо-

собен «учуять» самку на расстоянии нескольких километров. Од-

нако и у позвоночных животных, и у человека феромоны играют

немаловажную роль в межличностном общении, в том числе в

половом поведении.

Кроме того, многие органы нашего тела, не будучи «истинны-

ми» органами внутренней секреции, имеют в своем составе желе-

зистые клетки, вырабатывающие небольшое количество гормонов,

иногда играющих важную роль в изменении самочувствия. Такие

гормоны вырабатываются в почках, желудке и даже в сердце, а

также в ряде других органов.

Следует также отметить, что далеко не все вещества, имеющие

выраженную биологическую активность, вырабатываются клет-

ками нашего собственного организма. Говоря о витаминах, мы

уже упоминали об экзогенных БАВ и подчеркивали важность их

достаточного поступления с пищей. Однако не только пищевые

продукты содержат экзогенные (т.е. попадающие в организм из-

вне) БАВ. Небезразличны для организма многие токсины, в том

292

числе выхлопные газы современного автотранспорта. Все лекар-

ства, используемые в классической, народной или любой другой

медицине, обязательно содержат БАВ, иначе они бы не оказыва-

ли на организм вовсе никакого действия. На том же основании к

БАВ следует отнести алкоголь, никотин и наркотические веще-

ства. Кстати, алкоголь и никотин — естественные продукты мета-

болизма — непрерывно синтезируются в организме человека, хотя

и в очень малых количествах, которое не оказывает негативного

воздействия на функции.

Информационные потоки БАВ

Для того чтобы выполнить свою информационную роль, БАВ

должно быть доставлено от места своего синтеза до места своего

действия. В случае с медиаторами и ферментами эти места обычно

разделены промежутками в несколько микрон, тогда как гормо-

ны должны преодолевать порой значительные расстояния, иног-

да измеряемые метрами (особенно у крупных животных), прежде

чем они окажутся в зоне своего действия. В большинстве случаев

протоки желез, синтезирующих гормоны, а именно гормоны и

составляют большую часть информационных БАВ дистантного дей-

ствия, открываются в кровяное русло. С током крови молекулы

гормонов разносятся по всему телу, но действие оказывают лишь

на те клетки, которые для этого предназначены.

Гормоны гипофиза в большинстве случаев являются тропными

и их действие направлено на ткань других желез внутренней сек-

реции. Гормоны щитовидной железы, надпочечников и других же-

лез доставляются с током крови к тем органам, на которые они

должны оказать свое действие.

Существует еще один класс БАВ, вырабатываемых нежелези-

стыми клетками большинства органов. Иногда их называют ткане-

выми гормонами, хотя в отличие от настоящих гормонов они

выделяются не в кровяное русло, а в межклеточную жидкость.

Эти БАВ передают соседним клеткам и тканям информацию о

состоянии тех клеток, где они синтезированы. Такой взаимный

обмен информацией между клетками и тканями позволяет им

согласовывать метаболическую активность и поддерживать гомео-

статическое единство организма.

Соотношение межклеточных и внутриклеточных

информационных потоков

Межклеточные, в том числе межорганные взаимодействия осу-

ществляются путем воздействия вырабатываемых одними клет-

ками БАВ на мембраны или на генетический аппарат других кле-

293

ток. При этом меняется состояние клетки-реципиента — и это

является пусковым механизмом для включения целой цепи внут-

риклеточных метаболических превращений. В ответ на такое

воздействие внутри клетки вырабатываются собственные инфор-

мационные молекулы, которые тормозят или ускоряют опреде-

ленные циклы биохимических реакций, иногда — непосредствен-

но, иногда — воздействуя на клеточное ядро, которое управляет

синтезом ферментов и регулирует активность генов. По-видимо-

му, внутриклеточные информационные системы эволюционно

наиболее древние. С этим связана их сравнительно низкая специ-

фичность и избирательность. Исследования внутриклеточных ин-

формационных систем — очень молодое направление биохими-

ческих и биофизических исследований, но уже полученные ре-

зультаты свидетельствует о тонкой организации внутриклеточного

информационного пространства. В частности, показано, что бла-

годаря активности внутриклеточных информационных БАВ клет-

ка, получив информацию о неблагоприятных изменениях внеш-

ней среды (например, о резком изменении давления или кон-

центрации солей в окружающей среде и т.п.), становится на

некоторое время нечувствительной к дальнейшим влияниям из-

вне — так, в полном соответствии с принципом Ле-Шателье,

осуществляется ее защитная реакция, обеспечивающая возмож-

ность пережить неблагоприятную ситуацию в ожидании грядущих

изменений к лучшему. Если же ситуация в окружающей клетку

среде не выходит за рамки обычной, то внутриклеточные регуля-

торы обеспечивают тонкую подстройку метаболизма в соответ-

ствии с теми новыми требованиями, которые предъявляет вне-

шняя среда.

Способы воздействия БАВ на клетки и ткани организма

Различные БАВ по-разному воздействуют на клетки и ткани

организма, причем это во многом зависит от химической приро-

ды их молекул. Гормоны из группы тиреоидов, например, легко

проникают через клеточную мембрану и направляются непосред-

ственно в клеточное ядро, где включаются в регуляцию активно-

сти генов. Стероидные гормоны также проникают внутрь клетки,

но не самостоятельно, а благодаря взаимодействию с мембран-

ными рецепторами, которые позволяют этим жироподобным ве-

ществам проникнуть через липопротеиновые слои клеточной мем-

браны. Катехоламины внутрь клетки не проникают, а химически

связываются с мембранными рецепторами, и механизм их дей-

ствия обусловлен сложными процессами, рассмотренными выше

при описании воздействия адреналина на клетки печени. Многие

гормоны представляют собой очень крупные пептидные и белко-

294

вые молекулы, которые не могут проникнуть внутрь клетки. Они

прикрепляются к клеточным мембранам, изменяя их проницае-

мость и другие свойства, и таким образом влияют на внутрикле-

точный метаболизм.

Витамины в большинстве случаев представляют собой молеку-

лы небольшого размера, которые успешно проникают через кле-

точную оболочку и непосредственно встраиваются во внутрикле-

точные биохимические процессы. Ферменты, циркулирующие в

крови или выделяемые в межклеточную жидкость, как правило,

там и оказывают свое каталитическое действие — они, как и мно-

гие другие гормоны, не способны проникать внутрь клеток. Вооб-

ще клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью,

вход для крупных молекул внутрь клетки затруднен либо вовсе

исключен. Поэтому БАВ, имеющие крупные молекулярные раз-

меры, прикрепляются к внешней поверхности мембран и тем са-

мым оказывают воздействие на клетку. Другие БАВ, молекулы

которых способны проникать в клетку, могут принимать участие

в биохимических процессах, идущих внутри клетки, и непосред-

ственно влиять на скорость их протекания или направление, на-

пример, за счет активации побочных циклов реакций или за счет

изменения активности тех или иных участков генома.

Судьба молекул БАВ в организме

Поскольку все БАВ — органические молекулы, каждая из них

имеет определенный срок жизни, после которого она должна

быть утилизирована. Речь не идет о том, что кто-то в организме

специально отслеживает возраст каждой молекулы и отдает рас-

поряжение: все, срок вышел — под нож! Разумеется, это про-

цесс стохастический (случайный) и статистический (вероятно-

стный). Однако в итоге получается, что все крупные информа-

ционные макромолекулы существуют от нескольких минут до

нескольких часов, молекулы промежуточного размера могут со-

хранять свою целостность в течение суток, а мелкие молекулы

сохраняются иногда несколько суток. Это справедливо не только

для молекул БАВ, такова судьба всех молекул, из которых со-

стоит живое вещество: наш организм постоянно обновляется, в

нем непрерывно идут процессы синтеза (анаболизма) одних

молекул и распада (катаболизма) других. Непрерывно обновля-

ются также и все без исключения клетки нашего организма. До

недавнего времени считалось, что нервные клетки не восстанав-

ливаются, не регенерируют и не обновляются. В последние годы

получены убедительные доказательства того, что это совсем не

так: даже нервные клетки постоянно обновляются, не говоря

уже обо всех остальных.

295

В этой связи судьба молекул БАВ в организме не кажется ис-

ключительной. Быстрее всего распадаются молекулы медиаторов,

о чем уже говорилось выше. Продукты распада молекул БАВ могут

включаться в дальнейшие метаболические превращения, иногда

они сами обладают информационной значимостью, но могут и

выводиться из организма — чаще всего с мочой. Также с мочой

выводятся иногда и некоторые некрупные молекулы БАВ, кон-

центрация которых в крови оказывается повышенной. По этой

причине для определения уровня некоторых гормонов в организ-

ме нередко исследуют не только кровь, но и мочу. Некоторые

гормоны способны проникать даже в слюну и так выделяться из

организма. Это позволяет следить за их содержанием по результа-

там биохимического анализа слюны.

Понятие о клетках (органах)-мишенях

Гормональная регуляция физиологических процессов была бы

невозможной, если бы выработанные эндокринными железами

гормоны одинаково воздействовали на все ткани, с которыми

соприкасается содержащая их кровь. Поэтому в ходе миллионов

лет эволюции выработались специальные приспособления, обес-

печивающие «прицельность» попадания гормонов именно на те

клетки, состояние которых они призваны регулировать. Эти клет-

ки и состоящие из них органы называют «мишенями», поскольку

именно на их поверхности должны прикрепляться молекулы гор-

монов. Для этого на мембранах клеток-мишеней формируются

специальные активные места (рецепторы), механически и хими-

чески приспособленные к тому, чтобы прочно соединиться с мо-

лекулой гормона и удерживать ее до тех пор, пока в этом будет

нужда. Если такие рецепторы не сформированы, то гормон не

может прикрепиться к мембране и никакого действия на метабо-

лизм клетки оказать не в состоянии. Таким образом, гормональ-

ная регуляция функций требует активного участия в этом процес-

се с обеих сторон железа и должна вырабатывать необходимое

количество молекул гормона, а ткань должна подготовиться к тому,

чтобы эти молекулы принять. Формирование рецепторов для при-

крепления гормонов происходит под управлением генетического

аппарата клетки. Сам по себе этот аппарат также может менять

свою работу под влиянием других гормонов. В результате получа-

ется, что гуморальная регуляция функций — это сложнейший

процесс, в организацию которого включены самые разнообраз-

ные химические, механические, генетические и молекулярные

механизмы.

296

Активность продукции гормонов и чувствительность к ним

органов-мишеней

Скорость образования гормонов зависит от влияния других желез

внутренней секреции и нервных центров, управляющих соответ-

ствующей железой. Кроме того, по мере возрастного развития ско-

рость секреции многих гормонов может меняться в соответствии

с разворачиванием генетической программы. Например, гормон

роста вырабатывается гипофизом в разных количествах на разных

этапах онтогенеза. Наибольшее количество гормона роста наблю-

дается у детей в период интенсивного роста костей.

Следует отметить, что одни гормоны являются как бы страте-

гическими, т.е. их продукция меняется достаточно плавно и по-

долгу (многие часы или даже дни) остается на одном уровне. Та-

кие гормоны определяют уровень метаболических процессов в дол-

говременном плане. К таким гормонам относятся упомянутый гор-

мон роста, а также тироксин (гормон щитовидной железы,

влияющий на интенсивность энергетического обмена), паратгор-

мон (гормон паращитовидных желез, от которого зависит утили-

зация кальция костной тканью), половые гормоны и многие дру-

гие. Но есть и другой тип гормонов — их можно назвать адаптив-

ными, или гормонами быстрого реагирования. Их выброс в кровь

происходит вследствие резкого изменения ситуации, в течение

нескольких минут или даже секунд. Примером такого гормона

может служить адреналин — гормон мозгового вещества надпо-

чечников (это же вещество является медиатором проведения нерв-

ного импульса). Адреналин широко распространен в симпатиче-

ских нервных волокнах. Он резко активирует работу сердца, дыха-

ния, интенсивность энергетического обмена, а также сосудо-

двигательные реакции.

Недостаток или избыток многих гормонов приводит к возник-

новению ряда весьма тяжелых и трудно поддающихся лечению

заболеваний.

Наряду с изменением скорости продукции того или иного гор-

мона, в организме может меняться и способность той или иной

ткани к взаимодействию с данным гормоном, т.е. чувствитель-

ность органов-мишеней. Чем большее количество активных мест

для прикрепления молекул гормона образуется на мембранах кле-

ток-мишеней, тем выше чувствительность данной ткани к этому

гормону. Известны случаи, когда уровень гормона в крови может

быть и весьма высоким, однако из-за сниженной чувствительно-

сти к нему тканей органов-мишеней реальное физиологическое

действие гормона почти не проявляется. Так, у детей 1-го года

жизни довольно высок уровень половых гормонов, но клетки их

половых желез еще не приспособлены к взаимодействию с моле-

297

кулами гормонов, поэтому процесс полового созревания в этом

возрасте не происходит.

Железы внешней и внутренней секреции

В организме человека довольно много органов, вырабатываю-

щих БАВ, которые в дальнейшем используются либо внутри орга-

низма, либо вне него. Органы, специально предназначенные для

выработки БАВ, называются железами. Клетки железистой ткани

группируются вокруг специальных протоков, куда собирается

вырабатываемый ими секрет. Далее эти протоки могут открывать-

ся либо в кровеносное русло — тогда этот орган называется желе-

зой внутренней секреции; либо на поверхность кожи — тогда это

железа внешней секреции; либо в одну из полостей тела или в

желудочно-кишечный тракт (пищеварительные железы).

Железы внутренней секреции (эндокринные) участвуют в ре-

гуляции физиологических функций и гомеостаза, поскольку они

влияют на метаболические процессы в органах-мишенях. Точкой

приложения секретов этих желез (гормонов) являются клетки

других тканей организма. К железам этого типа относятся надпо-

чечники, гипофиз, поджелудочная железа, щитовидная и пара-

щитовидные железы, тимус, половые железы и ряд других.

Железы внешней секреции (экзокринные) участвуют в регу-

ляции межвидовых и внутривидовых взаимоотношений, посколь-

ку их секрет призван информационно или метаболически воздей-

ствовать на внешние организмы. Точкой приложения секретов этих

желез являются другие биологические объекты (особи того же или

других видов живых существ). К железам этого типа относятся саль-

ные, потовые, слезные, половые железы и некоторые другие. Они

создают видовой и индивидуальный запах тела. Кроме того, сек-

реты этих желез обладают бактерицидным и микостатическим дей-

ствием, предотвращая проникновение в организм болезнетвор-

ных микроорганизмов.

Железы, участвующие в обеспечении конкретных функций

(пищеварения, дыхания и т.п.) имеют первоочередное значение

для регуляции конкретных метаболических процессов, так как

секреты этих желез непосредственно участвуют в осуществлении

физиологических функций (в том числе биохимических превра-

щений) в тех полостях, куда открываются их протоки. Точкой

приложения их секретов являются поступившие извне в организм

продукты, предназначенные для внутриорганизменной переработ-

ки (пища, газовая смесь и т.п.). Это слюнные железы, поджелу-

дочная железа, печень, железы желудка и др.

Как можно заметить, одни и те же железы иногда упоминают-

ся дважды, т.е. одновременно работают как железы внутренней

298

секреции и пищеварительные (поджелудочная), либо как железы

внутренней и внешней секреции (половые). В этом проявляется

полифункциональность органов, построенных из железистой тка-

ни. Весьма наглядно это отражается в строении поджелудочной

железы, которая состоит из явно различающихся между собой

клеток двух типов. Один тип клеток осуществляет роль пищевари-

тельной железы и вырабатывает секрет, богатый ферментами, спо-

собными переваривать белковую пищу, т.е. разрушать белковые

макромолекулы. Другой тип клеток занят выработкой гормонов,

необходимых для усвоения глюкозы всеми клетками тела. Эти же-

лезистые образования перемешаны в ткани поджелудочной желе-

зы, причем большую часть массы железы составляют клетки пи-

щеварительной секреции, тогда как эндокринная секреция со-

средоточена в так называемых «островках Лангерганса», как бы

архипелагом разбросанных по океану основной ткани железы.

Два различных секрета вырабатывают и мужские половые же-

лезы. Один из них насыщен половыми гормонами и поступает в

кровь, т.е. относится к эндокринной продукции. Другой необхо-

дим для обеспечения жизнедеятельности сперматозоидов и вы-

брасывается вместе с эякулятом при семяизвержении. Примеров

подобного рода в организме довольно много, это следует иметь в

виду при рассмотрении функции желез.

Взаимосвязь нервной и гормональной регуляции:

гипоталамус-гипофиз

Нервная и гормональная системы регуляции, хотя и имеют

различный эволюционный возраст, в организме современных

многоклеточных животных и человека представляют собой одно

целое. Местом их объединения служит головной мозг, точнее его

дно, где расположен гипоталамус и связанный с ним специаль-

ной соединительной структурой гипофиз. Гипоталамус представ-

ляет собой совершенно особенное образование, сочетающее функ-

ции нервной мозговой структуры и эндокринной железы. Его нерв-

ные клетки соединены с важнейшими центрами головного мозга,

управляющими деятельностью всех внутренних органов и многи-

ми аспектами поведения. Однако эти же клетки вырабатывают БАВ

гормонального типа (еще называемые нейропептидами), предназ-

наченные специально для регуляции активности определенных зон

гипофиза — «главной» эндокринной железы организма. Эти веще-

ства называются рилизинг-факторами или либеринами, что означа-

ет «освободители», так как они своим воздействием на гипофиз

«освобождают» из него гормоны, уже синтезированные и храня-

щиеся в специальных пузырьках до момента поступления приказа

от гипоталамуса. Получив такой приказ, железистые клетки гипо-

299

физа выбрасывают накопленные ими гормоны в кровяное русло,

и механизм эндокринной регуляции начинает действовать. Другой

ряд веществ, вырабатываемых нервными клетками и концентри- ;

рующихся в гипоталамусе, — статины, тормозящие высвобожде-

ние гормонов клетками гипофиза. Секреторные клетки гипофиза

лишены собственной иннервации, поэтому все управление их |

активностью осуществляется только с помощью химических сти-

мулов, посылаемых гипоталамусом.

Однако и сам гипоталамус находится под непрерывным кон-

тролем со стороны нервных структур головного мозга. Как гово-

рилось выше, нервные клетки соединяются друг с другом через

посредство синапсов, в которых нервный (электрический) им-

пульс преобразуется в медиаторный (химический). В гипоталами- |

ческих синапсах чаще всего выделяются медиаторы — дофамин,

норадреналин и серотонин, каждый из которых по-своему воз-

действует на клетки гипоталамуса, причем он может, например,

активизировать деятельность одних и тормозить активность других ;

клеток. Здесь работают законы сложнейших нейронных сетей, с \

суммацией и усилением противоположно направленных воздей-

ствий. Детали этих взаимодействий сейчас интенсивно исследу- \

ются специалистами в области цитологии, эндокринологии, био-

химии мозга и физиологии ЦНС. В последние десятилетия эти

исследования уже привели к поразительным результатам, перево-

рачивающим наши представления о сущности нейроэндокринной \

регуляции. Оказалось, что нервные клетки во многих отделах го- :

ловного мозга, а не только клетки гипоталамуса, способны выра-

батывать нейропептиды — белковые вещества, имеющие выра- ,

женную биологическую активность. Среди этих нейропептидов

были обнаружены и давно известные гормоны (в том числе те,

которые традиционно считались продуктами гипоталамуса и ги-

пофиза) и такие вещества, которые прежде не были известны — ;

эндорфины и энкефалины, влияющие на активность нервных цен-

тров и формирующие «настроение» человека. Более того, было \

установлено, что чуть ли не в каждой ткани есть клетки, выпол- \

няющие гормональные функции, т.е. вырабатывающие гормоны,

{

необходимые для регуляции процессов, идущих в непосредствен- \

ной близости от этих периферических секреторных зон. •

В какой-то момент по мере развития исследований стало ка-

заться, что никакого порядка в синтезе гормонов в организме и \

вовсе нет: гормоны, вырабатываемые обычно пищеварительны- \

ми органами, стали находить в головном и спинном мозге, а ги-

пофизарный адренокортикотропный гормон — в желудочно-ки-

шечном тракте, гормон гипоталамуса соматостатин — в поджелу-

дочной железе... В результате анализа и обобщения огромного

фактического материала родилась концепция диффузной нейро-

эндокринной системы, которая постепенно завоевывает все боль-

300