Лекція 15. Гуморальна регуляція функцій організму
План:
1. Загальна характеристика гуморальної регуляції. Чинники гуморальної регуляції.
2. Роль гормонів в регуляції фізіологічних функцій організму. Механізм дії гормонів.Регуляція секреції гормонів.
3. Роль гормонів в регуляції фізичного, психічного та статевого розвитку
4. Роль гормонів в регуляції гомеостазу.
5. Вплив інших гормонів на функції організму
1. Загальна характеристика гуморальної регуляції. Чинники гуморальної регуляції
Гуморальна регуляція – це вид регуляції за допомогою біологічно активних хімічних речовин, які розповсюджуються по організму завдяки крово- та лімфо обігу, а також дифузією міжклітинної рідини.
Регуляція за допомогою гормонів здійснюється повільніше, ніж нервовий імпульс і не має точного адресата. Клітини мають певну чутливість до різних хімічних складників. Клітини, які володіють високою чутливістю називаються клітини-мішені.
Гуморальна регуляція забезпечує реакції, які не потребують високої швидкості і точності виконання, поширюються на близько лежачі органи-мішені через кров та лімфу, але можуть мати дискантний характер і поширюватись на відстані.
Серед біологічно активних речовин гормони є основними. Вони поділяються на справжні та тканинні. Справжні – це гормони ендокринних залоз та спеціалізованих клітин, тканинні гормони беруть участь у регуляції вісцеральних функцій.
Справжні діють на відстані, виділяються ендокринними залозами і впливають через кров та лімфу. Тканинні діють через міжклітинну рідину
(тканинний гормон гістамін, виділяється клітинами шлункових залоз) на органи –мішені. Деякі гормони можуть регулювати активність тих клітин, які їх продукують- це система аутокринної сигналізації (гормон інсулін регулює продукцію своїми клітинами острівців Лангергенса – підшлункової залози).
За хімічною будовою гормони поділяються на 3 групи:
- Білки і поліпептиди (гормони таламуса, гіпоталамуса та підшлункової залози)- найчисельніша група гормонів;
- Амінокислоти та їх похідні (гормони мозкової речовини наднирників, щитоподібної залози);
- Стероїдні гормони (наднирників та статевих залоз).
Інактивація гормонів здійснюється переважно у печінці та нирках шляхом ферментних механізмів.
2. Роль гормонів в регуляції фізіологічних функцій організму. Механізм дії гормонів.
Гормони забезпечують:
1. Фізичний, психічний та статевий розвиток та репродуктивну функцію;
2. Регуляцію параметрів гомеостазу;
3. Регуляцію адаптивних реакцій організму
Здійснюють метаболічну дію, кінетичну та коригуючи дію, реактогенну дію, контролюють активність ферментів у клітинах, забезпечують синтез структурних білків, іонних каналів та насосів мембрани.
Продукуються гормони ендокринними залозами, а саме:
- гіпоталамус,
- гіпофіз (з частини: передні, проміжна, задня),
- щитоподібна залоза;
- прищитоподібні залози;
- підшлункова залоза;
- наднирникові залози (кіркова та мозкова речовини);
- статеві залози;
- епіфіз;
- тимус (вилочкова залоза).
Центральними ендокринними органами є гіпоталамус та гіпофіз.
Механізм дії гормонів пов'язаний з хімічною будовою та їх дією на клітини-мішені. Водорозчинні гормони – білки та поліпептиди, а також похідні амінокислоти - катехоламіни утворюють комплекс «гормон-рецептор».
Жиророзчинні гормони (стероїди) взаємодіють із плазматичними рецепторами, проникають через ядерну мембрану і взаємодіють з ядерними рецепторами, здійснюючи зміни білка в клітині-мішені. Таким чином здійснюється синтез нових ферментів та активація або гальмування генетичного апарату.
Діючи на клітини-мішені здійснюється ряд хімічних перетворень, що спричиняють перетворення АТФ на моноциклічний АДФ, що призводить до фосфорилювання специфічних білків і зміну фізіологічної функції (як утворення нових іонних каналів).
Жиророзчинні стероїди проходять крізь мембрану клітини-мішені, де зв’язуються з білками-рецепторами цитоплазми, активуючи процеси трансляції та рибосомах та синтез нових білків.
Гормони активують генетичні механізми, які знаходяться в ядрі, продукуючи клітинні білки. Більша кількість цих білків є ферментами і вони підвищують метаболічну активність клітин всього організму.
Регуляція секреції гормонів здійснюється кількома механізмами:
1. Завдяки інформації про стан гомеостазу;
2. Завдяки зворотній інформації про кількість гормону у крові;
3. Шляхом регуляції кількості рецепторів до гормону у клітинах-мішенях.
4. Шляхом стимуляції автономної нервової системи.
3. Роль гормонів в регуляції фізичного, психічного та статевого розвитку
До гормонів, які забезпечують фізичний, психічний та статевий розвиток належать гормон росту (продукується передньою часткою гіпофізу), гормони щитоподібної залози – тироксин та трийодтиронін, гормон підшлункової залози – інсулін та статеві гормони. Ріст дитини відбувається нерівномірно. Перший пік – припадає на ранній дитячий вік, другий – на час статевого дозрівання. Це обумовлено одночасною дією гормону росту, естрогенів та андрогенів. Припинення росту пов’язано з закриттям епіфізарних ростових пластин під впливом статевих гормонів.
Гормон росту виділяє передня частина гіпофіза. Він має видову специфічність. Синтез та секреція його здійснюється під контролем гормонів гіпоталамус, які надходять до аденогіпофіза з током портальних судин. Концентрація гормону більша в дітей та у молодому віці. Секреція гормону піддається добовому біологічному ритму (збільшується вночі та зменшується вдень). На секрецію впливають стимулюючі чинники, до них відносяться:
- Голодування, особливо білкове, зменшення кількості жирних кислот;
- Підвищення в крові амінокислот: аргініну, лейцину, триптофану, лізину;
- Стресорні фактори, що супроводжуються підвищеним фізичним навантаженням, негативними емоціями та збудженням симпатоадреналової системи.
До гальмівних факторів належать:
- збільшення концентрації глюкози та вільних жирних кислот в крові;
- ожиріння та процес старіння;
- гормони - кортизол, прогестерон, соматомедини та екзогенний гормон росту.
Вплив гормону росту на клітини-мішені відбувається опосередковано через соматомедини ( утворюються в печінці) або безпосередньо. Збільшення синтезу білків у скелетних м’язах та внутрішніх органах викликає зростання маси скелетних м’язів і розміру внутрішніх органів. Опосередковано гормон росту зменшує кількість жиру, стимулює ріст епіфіза, має інсуліноподібну дію. Через клітини-мішені активує білковий обмін, жировий метаболізм, вуглеводний та мінеральний обміни.
Гормони щитоподібної залози беруть участь у процесах психічного розвиту й росту, в регуляціях метаболічних процесів та вісцеральних систем організму. Тиреоїдні гормони синтезуються у фолікулах щитоподібної залози. Щитоподібна залоза виділяє гормон кальцитонін (синтезується у парафолікулярних клітинах), який бере участь у регуляції кальцієвого гомеостазу і не має відношення до тиреоїдних гормонів. Гормони щитоподібної залози – Т-3(трийодтиронін) і Т-4(тироксин) синтезуються фолікулярним епітелієм щитоподібної залози. Щоб підтримувати нормальну секрецію тиреоїдних гормонів, організм потребує щоденного ведення з їжею
200 мкг йоду, 120-150 необхідно для синтезу гормонів. Переносяться гормони зв’язуючись з білками плазми крові. Регуляція секреції тиреоїдних гормонів здійснюється за участю гіпоталамо-гіпофізарної системи. Передня частина гіпофіза синтезує тиреотропний гормон. Регуляція секреції тиреоїдних гормонів здійснюється також за участі інших гормонів:
- естрогени пригнічують функцію ТТГ;
- соматостатинпригнічує функцію ТТГ;
- допамін зменшує базальну секрецію ТТГ;
- велику дози йоду пригнічують вивільнення тиреоїдних гормонів.
Тиреоїдні гормони впливають на ріст, розвиток скелету, шляхом потенціації синтезу білків в клітинах-мішенях, у хондроцитах та скелетних м’язах. Під впливом гормонів зростає інтенсивність метаболізму, підвищується поглинання кисню, теплоутворення. У фізіологічних концентраціях гормони потенціюють дію інсуліну і сприяють глікогенезу та утилізації глюкози; стимулюють синтез білків, проте у великих концентраціях викликають катаболізм. Стимулюють всі аспекти жирового метаболізму – синтез ліпідів, їх мобілізацію та використання.
Під впливом тиреоїдних гормонів зростає кількість β-адренорецепторів, що призводить до посилення ефекту катехоламінів, які діють на нервову систему, а саме на систему кровобігу та дихальну систему через нервову.
Статевими гормонами є андрогени (тестостерон) –чоловічі гормони(виділяються яєчками - чоловічими статевими залозами ) та естрогени – гормони жіночі (виділяються жіночими статевими залозами – яєчниками). Тестостерон утворюється з холестеролу. Регуляція тестостерону здійснюється за допомогою гіроталамо-гіпофізарної системи завдяки системі зворотного зв’язку. Тестостерон, впливаючи на гіпоталамус, гальмує виділення гонадоліберину, пригнічуючи секрецію ЛГ (лютеінізуючого гормону) в аденогіпофізі. Інгібін таким шляхом негативного зворотного зв’язку гальмує секрецію ФСГ (фолікулостимулюючого гормону) в аденогіпофізі. Андрогени (стероїдні гормони) проходять через мембрани клітин-мішеней, взаємодіють з рецепторами цитоплазми. Комплекс «гормон-рецептор» у ядрі стимулює процеси транскрипції, наслідком чого є синтез білків на рибосомах у цитоплазмі, завдяки яким здійснюються впливи на клітини-мішені. Андрогени - тестостерон та дігідротестостерон (ДГТ) стимулюють:
- ріст пеніса, який збільшується у довжину та товщину;
- ріст сім’яних міхурців, які функціонують і починають виділяти фруктозу;
- ріст передміхурової залози і залоз Купера (залози, протоки яких виділяються в уретру, і секретують слиз);
- пігментацію та зморщування калитки (мошонки).
Тестостерон стимулює ріст волосся (на лобку, по білій лінії живота, передній поверхні грудної клітки, менше на спині та інших ділянках).
Стимуляція тестостерону сприяє зміні голосуза рахунок збільшення розміру гортані, подовження та потовщення голосових зв'язок.
Збільшує секрецію сальних залоз, що є передумовою розвитку вугрів (акне), з часом шкіра адаптується до дії гормону.
Вплив на ЦНС полягає в активації структур лімбічної системи, які беруть участь у регуляції статевої поведінки (виникає інтерес до іншої статі).
Сперматогенез стимулює лібідо.
Жіночі статеві гормони, які виділяються яєчниками – це фолікули, з яких розвивається яйцеклітини, що дозрівають і стають готовими до запліднення. Фолікули продукують естрогени та прогесторон, які є необхідними для розвитку вторинних статевих ознак, яйцевої клітини, запліднення та вагітності.
Статеві гормони обумовлюють регулярні циклічні зміни – місячні цикли, що є приготуванням до запліднення та вагітності. Циклічні зміни пов’язані з циклічним розвитком фолікула. Фолікулярна фаза здійснюється під впливом естрогенів, які продукуються під час розвитку фолікула. Готує матку до секреторної фази (лютеїнової), під час якої формується жовте тіло, а ендометрій продукує гормон пролактин. Після регресії жовтого тіа знижується концентрація гормонів, ендометрій тоншає, виникає спазм спіральних артерій і відторгнення ендометрію, що супроводжується кровотечею, яка припиняється як наслідок припинення секреції статевих гормонів яєчниками.
Основнимиестрогенами яєчників є 17β естрадіол, естрон та естріол. Найактивніший -17β естрадіол. Кількість естрогенів збільшується під час фолікулярної фази місячного циклу. Прогестерон синтезується у лютеїновій фазі місячного циклу клітинами жовтого тіла. Деградація гормонів відбувається в печінці, продути метаболізму виділяються з сечею.
Регуляція секреції статевих жіночих гормонів відбувається за пульсуючим типом. Здійснюється виділення гонадоліберинів у гіпоталамусі, під впливом яких в аденогіпофізі синтезуються та виділяються ФСГ і ЛГ, які у свою чергу стимулюють наступні процеси:
- Стероїдогенез у фолікулах яєчників та жовтому тілі;
- Розвиток фолікулів;
- Овуляцію;
- Лютеїнізацію;
- Стимулюють негативний і позитивний канали зворотного зв’язку в регуляції виділення естрогенів та прогестерону, які мають позитивний та негативний вплив на утворення ЛГ і ФСГ у різні фази менструального циклу.
- Прогестерон має негативний вплив на секрецію ЛГ і ФСГ у фазу жовтого тіла через гіпоталамус;
- Гранульозні клітини продукують інгібін В, який пригнічує секрецію ФСГ.
Естрогени – це стероїдні гормони, під дією яких здійснюється:
- розвиток та підтримання у нормальному стані маткових труб, матки, піхви та зовнішніх гені талій;
- розвиток грудей, протоків та строми молочних залоз;
- ріст волосся на лобку, під піхвами, проліферація фолікулів та гранульозних клітин;
- виникнення місячних;
- проліферація ендометрію;
- відкладення жиру за жіночим типом;
- дія на кістки скелету;
- збільшення швидкості росту;
- припинення росту епіфізарних ростових пластин (жінки менші за чоловіків);
- затримка іонів кальцію та фосфатів у кістках скелету.
Прогестерон спричиняє вплив на молочні залоз, забезпечує секреторну функцію їх під час лактації, зменшує об’єм секрету слизових клітин шийки матки, підвищує його в’язкість, знижує частоту і силу скорочень матки, збільшує виділення іонів натрію нирками, блокуючи дію альдостерону на нирки.
Під час вагітності естрогени та прогестерон стимулюють ріст і розвиток грудей, підвищують концентрацію пролактину (декретується передньою часткою гіпофіза) та спричиняють відсутність лактації, блокуючи вплив пролактину на молочні залози.
Після пологів:
- концентрація естрогенів і прогестерону знижується, що спричиняє лактацію;
- лактація підтримується процесом смоктання, стимулюючи секрецію окситоцину та пролактину;
- високий рівень пролактину під час лактації пригнічує секрецію Лг і ФСГ, що спричиняє блок овуляції.
4. Роль гормонів в регуляції гомеостазу
Гормони приймають участь в регуляції параметрів внутрішнього середовища. Баланс речовин є результатом 3 процесів в організмі:
- надходження речовин в організм відповідно до його потреб;
- виведення речовин з організму;
- метаболізм речовин в організмі.
Гормони здійснюють вплив на основні види метаболізму:
- вуглеводний, жировий,білковий обмін;
- водно-сольовий обмін;
- кальцій-фосфатний метаболізм, що забезпечує стан кісток скелету.
Ендокринні клітини підшлункової залози (острівці Лангерганса) виділяють 4 типи клітин, що продукують пептидні гормони: глюкагон , інсулін, соматостатин, панкреатичний поліпептид.
Інсулін регулюється концентрацією глюкози в плазмі крові:
- Секреція інсуліну стимулюється концентрацією глюкози в крові;
- При збільшенні концентрації інсуліну в крові зменшується концентрація глюкози в ній, що призводить до зменшення секреції інсуліну.
- Збільшення концентрації інсуліну в крові виникає при підвищенні в плазмі крові амінокислот (аргініну, лізину, лейцину), жирних кислот, а також деяких гормонів: глюкагону, гастрину, секретину, холецистокінну, котризолу та ін..)
Секреція інсуліну пригнічується зменшенням концентрації глюкози в крові, пригнічується соматостатином, інсуліном (великими концентраціями), адренергічною стимуляцією α- адренорецепторів, блокадою β-адренорецепторів, виснаженням запасів калію, блокадою кальцієвих каналів.
Регуляція секреції здійснюється автономною нервовою системою: активацією холінергічних парасимпатичних нервових волокон та постгангліонарних соматичних нервових волокон. Інсулін практично не впливає на транспорт глюкози в нейрони, для усунення гіпоксії необхідна постійна концентрація глюкози в крові ( не менше 3,33 ммоль/л). Дефіцит глюкози стимулює центр голоду – латеральні ядра гіпоталамуса, що призводить до збільшення споживання їжі.
Глюкагон – поліпептид, на який впливає концентрація глюкози у крові. Активують глюкагон також амінокислоти (аланін,аргінін, гориони травного тракту: гастрит, холецистокіні, секретин, шлунковий інгібуючий пептид). Глюкагон регулює вуглеводний метаболізм, жировий метаболізм та білковий метаболізм.
Соматостатингальмує секрецію гормонів, які виділяються підшлунковою залозою, пригнічує функцію гастрину та всмоктування глюкози в кишках.
Регуляція кальцієвого гомеостазу залежить від:
- паратгормону (щитоподібні залози);
- білок, подібний до паратгормону (прищитоподібні залози);
- кальцитонін (щитоподібна залоза;
- Кальцитріол – стероїдний гормон, утворений з віт. Д в печінці та нирках. Його роль – збільшення всмоктування іонів кальцію у тонкий кишці.
Кальцій відіграє важливу роль в організмі. Це – кістки скелет та плазма крові.
Паратгормон – це білковий гормон, що синтезується пара щитоподібними залозами для підтримання концентрації кальцію у плазмі крові. До його складу входять 15 амінокислот.Він збільшує концентрацію кальцію в крові шляхом мобілізації кальцію з кісткової тканини, реабсорбцією кальцію в канальцях нефронів нирки та всмоктуванню кальцію з кишки, завдяки кальцитріолу, який утворюється в нирках з вітаміну Д під впливом паратгормону.
Кальцитонін – пептид з 32 амінокислот, секретується щитоподібною залозою, впливає на клітини-мішені, сприяє збільшенню виведення кальцію і фосфатів з сечею, зменшення всмоктуваннякальцію і фосфатів з кишки. В дитячому віці чинить значний вплив на ріст кісток, підтримує сталість кальцію у плазмі крові. Основна роль – регуляція кальцієвого гомеостазу в дорослих належить паратгормону. Кальцитонін пригнічує моторику шлунку і секрецію гастрину, сприяє екскреції нирками кальцію, фосфатів, натрію.
Регуляціяводно-сольового гомеостазу здійснюється за участю гормонів кори наднирників – альдостерону та задньої частини гіпофізу – вазопресину та натрійдиуретичному пептиду., який синтезується у передсердях і прияє збільшенню виведення натрію з сечею, таким чином зменшучи об’єм циркулюючої крові (ОЦК).
Альдостерон – мінералокортикоїд збільшує реабсорбцію іонів натрію і секрецію іонів калію в канальцях нефронів нирки. Підтримує їх баланс і розподіляє воду у та позаклітинному просторі.
Ренін – протеолітичний фермент (утворюється у нирках у ЮГА, сприяючи синтезу ангіотензину-2). Ренін-ангіотензивний комплекс регулює клубочкову фільтрацію нирок.
Вміст води в організмі людини становить біля 60 % маси тіла. Розподіл води між клітинами тапозаклітинною рідиною відбувається завдяки осмосу. В судинах знаходиться майже 5 л. 60 % - це плазма 93 л води), 11 л міжклітинна рідина, позаклітинна – 14 л води. Регуляція сталості осмосу плазми кровіздійснюється гормоном вазопресином або антидіуретичним гормоном (АДГ). Під впливом АДГ збільшується реабсорбція води в дистальних канальцях і збиральних трубочках нефронів та зменшення втрати води з сечею, що сприяє нормальному осмотичному тиску.
Вазопресин – це гормон, який синтезується нейронами супраоптичних та паравентрикулярних ядер гіпоталамуса і транспортується у задню частку гіпофіза. Вихід гормону відбувається при деполяризації закінчення нейрона при підвищенні осмотичного тиску плазми крові внаслідок та зменшення ОЦК. Таким чином, регульованими параметрамиводного балансу є осмотичний тиск крові, який залежить від осмолярності та величини тиску крові у судинах. Пригнічують секрецію вазопресину збільшення позаклітинного об’єму води, алкоголь та кофеїн.
У регуляції водного обміну та підтриманні ефективного об’єму крові у судинах беруть участь гормони: вазопресин, альдостерон та НДГ.
5. Вплив інших гормонів на функції організму
В центральній гормональній регуляції приймає участь епіфіз, який виділяє мелатонін, який гальмує секрецію гонадотропінів на рівні гіпоталамуса та аденогіпофіза. Секреція мелатоніну має чіткий циркадний ритм, який задає ритмічність статевих функцій. Синтез та секреція його залежать від освітленості. Висока освітленість гальмує його утворення.
Тимус є центральним органом імунітету, забезпечуючи продукцію Т-лімфоцитів. Гормонами тимуса є: тирозин, тимопоетин1,2, гомеостатичний тим усний гормон, гуморальний тимусний фактор – всі вони білкового походження. Гормони тимусу чинять вплив на синтез мембранних рецепторів до інших гормонів та медіаторів, на руйнування ацетилхоліну в нерво- м’язовихсинапсах, на стан вуглеводного та білкового обміну.
Місцева гуморальна саморегуляція здійснюється завдяки тканинним гормонам та неспецифічним регуляторним метаболітам. До тканинних гормонів належать біологічно активні речовини, які декретуються ендокринними клітинами травного тракту. Вони впливають на секрецію і виділення шлункового, панкреатичного, кишечного соків та жовці, моторну та всмоктувальну функції шлунково-кишкового тракту.
До тканинних гормонів належать також біогенні аміни, які синтезуються клітинами, розташованими у всіх внутрішніх органах та ЦНС. Представниками є гістамін та серотонін. Також належать до тканинних гормонів калікреїн, що стимулює судинорозширювальну речовинубрадикінін та простогландини.
Неспецифічні регуляторні метаболіти утворюються у всіх клітинах організму і регулюють обмінні процеси за типом зворотного зв’язку. У
неспецифічній регуляції приймає роль симпато-адреналова система, завдяки секреції катехоламінів (адреналін, норадреналін, дофамін), які секретує мозкова речовина наднирникових залоз. Катехоламіни чинять вплив на зміни метаболізму вісцеральних функцій організму в умовах неспецифічної адаптації, впливають на вуглеводний обмін завдяки стимуляції глікогенолізу в печінці, пригнічують секрецію інсуліну та активують секрецію глюкагону, пригнічують використання клітинами глюкози та гальмують транспорт глюкози в клітини, стимулюють лі поліз та мобілізацію вивільнення жирних кислот із жирових клітин і транспортування їх до печінки, активуючи енергетичний обмін.
Гормони наднирників - глюкокортикоїди (кортизол та АКТГ – адренокортикотропін) забезпечують адаптацію організму при дії стресових чинників, АКТГ стимулює синтез РНК, ДНК та білка в корі наднирників. Під впливом АКТГ утворюється кортизол – гормон, який пов'язаний з станом сну та неспання. Глюкокортикоїди впливають набілковий та вуглеводний обмін та жировий метаболізм. Крім того вони чинять протизапальний вплив та пригнічують алергічні реакції. Глюкокортикоїди необхідні для нормального росту, чинять вплив на тонус кровоносних судин, впливають на емоційний стан, викликаючи емоційну лабільність. Регулюють водно-сольовий метаболізм.