Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Экономика
Финансы
Психология
Биология
Сельское хозяйство
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
История
Физика
Экология
Этика
Промышленность
Энергетика
Связь
Автоматика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
02. Гормоны центральных ендо желёз. Тема основные механизмы гормональной регуляции обмена веществ и функций организма. Гормоны гипоталамуса и гипофиза. Практическая значимость темы
 Скачать 187.5 Kb.
|
|
Тема 1. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА. ГОРМОНЫ ГИПОТАЛАМУСА И ГИПОФИЗА. Практическая значимость темы. В организме человека и животных существует сложная система регуляции и координации обмена веществ и физиологических процессов в клетках, тканях и органах, осуществляемая специфическими сигнальными молекулами – гормонами. Нарушение в любом звене нейрогуморальной регуляции может привести к возникновению гормонального дисбаланса и развитию эндокринных заболеваний. Зная общие механизмы действия, а также биохимические эффекты отдельных гормонов, можно диагностировать заболевания, обусловленные недостаточной или избыточной продукцией гормонов, и назначить эффективное лечение. Цель изучения темы:
Исходный уровень знаний:
1.1. Определение понятия “гормоны” и их классификация по химической природе. Выучите определение понятия: гормоны – биологически активные соединения, выделяемые железами внутренней секреции в кровь или лимфу и оказывающие влияние на метаболизм клетки. Запомните основные особенности действия гормонов на органы и ткани:
Гормоны осуществляют своё биологическое действие, образуя комплекс со специфическими молекулами – рецепторами. Клетки, содержащие рецепторы к определённому гормону, называются клетками-мишенями для этого гормона. Большинство гормонов взаимодействуют с рецепторами, расположенными на плазматической мембране клеток-мишеней; другие гормоны взаимодействуют с рецепторами, локализованными в цитоплазме и ядре клеток-мишеней. Имейте в виду, что дефицит как гормонов, так и их рецепторов может приводить к развитию заболеваний. Некоторые гормоны могут синтезироваться эндокринными клетками в виде неактивных предшественников – прогормонов. Прогормоны могут запасаться в большом количестве в специальных секреторных гранулах и быстро активироваться в ответ на соответствующий сигнал. Классификация гормонов основана на их химическом строении. Различные химические группы гормонов приведены в таблице 1.
 * Местом секреции этих гормонов является задняя доля гипофиза (нейрогипофиз). Следует иметь в виду, что кроме истинных гормонов выделяют также гормоны местного действия. Эти вещества синтезируются, как правило, неспециализированными клетками и оказывают свой эффект в непосредственной близости от места выработки (не переносятся током крови к другим органам). Примерами гормонов местного действия являются простагландины, кинины, гистамин, серотонин. 1.2. Иерархия регуляторных систем в организме. Запомните, что в организме существует несколько уровней регуляции гомеостаза, которые тесно взаимосвязаны и функционируют как единая система (см. рисунок 1).  Рисунок 1. Иерархия регуляторных систем организма (пояснения в тексте). 1. Сигналы из внешней и внутренней среды поступают в центральную нервную систему (высший уровень регуляции, осуществляет контроль в пределах целого организма). Эти сигналы трансформируются в нервные импульсы, попадающие на нейросекреторные клетки гипоталамуса. В гипоталамусе образуются:
Либерины и статины по системе портальных капилляров достигают гипофиза, где вырабатываются тропные гормоны. Тропные гормоны действуют на периферические ткани-мишени и стимулируют(знак “+”) образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желёз. Гормоны периферических желёз угнетают (знак “–”) образование тропных гормонов, действуя на клетки гипофиза или нейросекреторные клетки гипоталамуса. Кроме того, гормоны, действуя на обмен веществ в тканях, вызывают изменения содержания метаболитов в крови, а те, в свою очередь, влияют (по механизму обратной связи) на секрецию гормонов в периферических железах (или непосредственно, или через гипофиз и гипоталамус). 2. Гипоталамус, гипофиз и периферические железы образуют средний уровень регуляции гомеостаза, обеспечивающий контроль нескольких метаболических путей в пределах одного органа, или ткани, или разных органов. Гормоны эндокринных желёз могут влиять на обмен веществ:
3. Внутриклеточные механизмы регуляции представляют собой низший уровень регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самих клетках или поступающие в неё. 1.3. Механизмы действия гормонов. Обратите внимание, что механизм действия гормонов зависит от его химической природы и свойств – растворимости в воде или жирах. По механизму действия гормоны могут быть разделены на две группы: прямого и дистантного действия. 1. Гормоны прямого действия. К этой группе относятся липофильные (растворимые в жирах) гормоны – стероиды и йодтиронины. Эти вещества мало растворимы в воде и поэтому образуют в крови комплексные соединения с белками плазмы. К этим белкам относятся как специфические транспортные протеины (например, транскортин, связывающий гормоны коры надпочечников), так и неспецифические (альбумины). Гормоны прямого действия в силу своей липофильности способны диффундировать через двойной липидный слой мембран клеток-мишеней. Рецепторы к этим гормонам находятся в цитозоле. Образующийся комплекс гормона с рецептором перемещается в ядро клетки, где связывается с хроматином и воздействует на ДНК. В результате изменяется скорость синтеза РНК на матрице ДНК (транскрипция) и скорость образования специфических ферментативных белков на матрице РНК (трансляция). Это приводит к изменению количества ферментативных белков в клетках-мишенях и изменению в них направленности химических реакций (см. рисунок 2).  Рисунок 2. Механизм влияния на клетку гормонов прямого действия. Как вам уже известно, регуляция синтеза белка может осуществляться при помощи механизмов индукции и репрессии. Индукция синтеза белка происходит в результате стимуляции синтеза соответствующей матричной РНК. При этом возрастает концентрация определённого белка-фермента в клетке и увеличивается скорость катализируемых им химических реакций. Репрессия синтеза белка происходит путём подавления синтеза соответствующей матричной РНК. В результате репрессии избирательно снижается концентрация определённого белка-фермента в клетке и уменьшается скорость катализируемых им химических реакций. Имейте в виду, что один и тот же гормон может вызывать индукцию синтеза одних белков и репрессию синтеза других белков. Эффект гормонов прямого действия обычно проявляется только спустя 2 - 3 часа после проникновения в клетку. 2. Гормоны дистантного действия. К гормонам дистантного действия относятся гидрофильные (растворимые в воде) гормоны – катехоламины и гормоны белково-пептидной природы. Так как эти вещества не растворимы в липидах, они не могут проникать через клеточные мембраны. Рецепторы для этих гормонов расположены на наружной поверхности плазматической мембраны клеток-мишеней. Гормоны дистантного действия реализуют своё действие на клетку при помощи вторичного посредника, в качестве которого чаще всего выступает циклический АМФ (цАМФ). Циклический АМФ синтезируется из АТФ под действием аденилатциклазы:  Механизм дистантного действия гормонов показан на рисунке 3.  Рисунок 3. Механизм влияния на клетку гормонов дистантного действия. Взаимодействие гормона с его специфическим рецептором приводит к активации G-белка клеточной мембраны. G-белок связывает ГТФ и активирует аденилатциклазу. Активная аденилатциклаза превращает АТФ в цАМФ, цАМФ активирует протеинкиназу. Неактивная протеинкиназа представляет собой тетрамер, который состоит из двух регуляторных (R) и двух каталитических (C) субъединиц. В результате взаимодействия с цАМФ происходит диссоциация тетрамера и освобождается активный центр фермента. Протеинкиназа фосфорилирует белки-ферменты за счёт АТФ, либо активируя их, либо инактивируя. В результате этого изменяется (в одних случаях – увеличивается, в других – уменьшается) скорость химических реакций в клетках-мишенях. Инактивация цАМФ происходит при участии фермента фосфодиэстеразы:  1.4. Гормоны гипоталамуса и гипофиза. Как уже упоминалось, местом непосредственного взаимодействия высших отделов центральной нервной системы и эндокринной системы является гипоталамус. Это небольшой участок переднего мозга, который расположен непосредственно над гипофизом и связан с ним при помощи системы кровеносных сосудов, образующих портальную систему. 1. Гормоны гипоталамуса. В настоящее время известно, что нейросекреторные клетки гипоталамуса продуцируют 7 либеринов (соматолиберин, кортиколиберин, тиреолиберин, люлиберин, фоллиберин, пролактолиберин, меланолиберин) и 3 статина (соматостатин, пролактостатин, меланостатин). Все эти соединения являются пептидами. Гормоны гипоталамуса через специальную портальную систему сосудов попадают в переднюю долю гипофиза (аденогипофиз). Либерины стимулируют, а статины подавляют синтез и секрецию тропных гормонов гипофиза. Эффект либеринов и статинов на клетки гипофиза опосредуется цАМФ- и Са2+-зависимыми механизмами. Характеристика наиболее изученных либеринов и статинов приведена в таблице 2.
2. Гормоны аденогипофиза. Аденогипофиз (передняя доля гипофиза) продуцирует и выделяет в кровь ряд тропных гормонов, регулирующих функцию как эндокринных, так и неэндокринных органов. Все гормоны гипофиза являются белками или пептидами. Внутриклеточным посредником всех гипофизарных гормонов (кроме соматотропина и пролактина) служит циклический АМФ (цАМФ). Характеристика гормонов передней доли гипофиза приводится в таблице 3.
3. Гормоны нейрогипофиза. К гормонам, секретируемым в кровоток задней долей гипофиза, относятся окситоцин и вазопрессин. Оба гормона синтезируются в гипоталамусе в виде белков-предшественников и перемещаются по нервным волокнам в заднюю долю гипофиза. Окситоцин – нонапептид, вызывающий сокращения гладкой мускулатуры матки. Он используется в акушерстве для стимуляции родовой деятельности и лактации. Вазопрессин – нонапептид, выделяемый в ответ на повышение осмотического давления крови. Клетками-мишенями для вазопрессина являются клетки почечных канальцев и гладкомышечные клетки сосудов. Действие гормона опосредовано цАМФ. Вазопрессин вызывает сужение сосудов и повышение артериального давления, а также усиливает реабсорбцию воды в почечных канальцах, что приводит к снижению диуреза. 4. Основные виды нарушений гормональной функции гипофиза и гипоталамуса. При дефиците соматотропного гормона, возникающем в детском возрасте, развивается карликовость (низкий рост). При избытке соматотропного гормона, возникающем в детском возрасте, развивается гигантизм (аномально высокий рост). При избытке соматотропного гормона, возникающем у взрослых (в результате опухоли гипофиза), развивается акромегалия – усиленный рост кистей рук, ступней, нижней челюсти, носа. При недостатке вазопрессина, возникающем вследствие нейротропных инфекций, черепно-мозговых травм, опухолей гипоталамуса, развивается несахарный диабет. Основным симптомом этого заболевания является полиурия – резкое увеличение диуреза при пониженной (1,001 – 1,005) относительной плотности мочи. 1.5. Обучающие задачи и эталоны их решения. 1. Задачи. 1. Как изменится секреция стероидных гормонов при полном отсутствии холестерола в пище? 2. Для лечения больных сахарным диабетом используют различные препараты инсулина. Объясните, почему этот гормон следует вводить парентерально (подкожно), а не принимать с пищей? При ответе исходите из химической природы инсулина. 3. Для лечения больных, страдающих бронхиальной астмой, используют адреналин, потому что этот гормон снимает спазм гладкой мускулатуры бронхиол. Почему наряду с адреналином больным с приступом астмы назначают аминофиллин - пуриновое производное, являющееся ингибитором фосфодиэстеразы? 4. При заболеваниях суставов больным с лечебной целью вводят гормоны коры надпочечников. Изменится ли интенсивность синтеза АКТГ и эндогенных кортикостероидов у таких пациентов? Каков механизм изменений? 5. Пациенту, страдающему несахарным диабетом, врач назначил введение препарата "Адиурекрин", основным действующим веществом которого является вазопрессин. Как изменится суточное количество мочи у больного? Каков механизм изменений? 2. Эталоны решения. 1. Гормоны синтезируются в очень малых количествах, поэтому отсутствие холестерола в пище не будет оказывать влияния на секрецию гормонов в течение длительного времени. 2. Инсулин — гормон белковой природы, поэтому при пероральном введении он будет разрушен протеолитическимн ферментами желудочно-кишечного тракта. Гормон необходимо вводить парентерально (подкожно). 3. Действие адреналина на клетки-мишени опосредовано образованием циклического АМФ. Однако при гидролизе фосфодиэстеразой цАМФ быстро разрушается. Поскольку производные пурина - кофеин, теофиллин и аминофиллин - ингибируют фосфодиэстеразу, приём этих лекарств увеличивает продолжительность действия адреналина и повышает его активность за счёт уменьшения скорости расщепления цАМФ. 4. Синтез АКТГ в гипофизе и глюкокортикоидов в коре надпочечников регулируется по принципу обратной связи. Поэтому введение кортикостероидов угнетает синтез и АКТГ, и кортикостероидов. В результате может развиться атрофия железистой ткани с явлениями надпочечниковой недостаточности. 5. Вазопрессин взаимодействует с рецепторами на мембране клеток почечных канальцев, активирует аденилатциклазу и стимулирует образование цАМФ; цАМФ-зависимая протеинкиназа фосфорилирует белки плазматической мембраны, обращённой в просвет канальцев. Это приводит к увеличению проницаемости мембраны для воды. В результате активируется реабсорбция воды и уменьшается суточное количество мочи. 1.6. Задание для самостоятельной работы. 1. Контрольные вопросы: 1. Определение понятия "гормоны", классификация и общие биологические признаки гормонов. 2. Иерархия регуляторных систем в организме человека (схема). Роль нервной, эндокринной системы, внутриклеточных механизмов регуляции. 3. Механизмы действия дистантных и проникающих в клетку гормонов (мембранный, мембранно-внутриклеточный, цитозольный). 4. Посредники действия гормонов на обмен веществ - циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ), рецепторные белки цитозоля. Реакции синтеза и распада цАМФ. 5. Гормоны гипоталамуса (либерины и статины) и передней доли гипофиза: химическая природа, биологическая роль. Гипо- и гиперфункция передней доли гипофиза. 6. Гормоны задней доли гипофиза: химическая природа, биологическая роль. Несахарный диабет, основные нарушения обмена веществ и физиологических функций. 2. Выполните упражнения и решите задачи: 1. Как изменится секреция тироксина при полном отсутствии тирозина в пище? 2. Объясните, почему для парентерального введения адреналин используется в виде водного раствора, а эстрогены - в виде масляного? 3. Больной жалуется на неутолимую жажду, употребление большого объема жидкости, значительное количество мочи (6 литров в сутки). При обследовании: содержание глюкозы в крови нормальное, кетоновых тел нет. Моча бесцветная, плотность 1,002, сахара нет. Назовите возможную причину полиурии (большого количества мочи). 4. Почему введение препаратов, содержащих вазопрессин, противопоказано больным гипертонической болезнью? Литература:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||