Учебно-методическое пособие по курсу «Физиология человека и животных» © А.В. Требухов

Глава 3.Регуляция физиологических функций

Регуляция – это сложный физиологический процесс, направленный на управление работой отдельных органов, систем органов и организма в целом; или временное изменение работы тех или иных органов в соответствии с изменениями условий внутренней или внешней среды.

Классически выделяют два вида регуляции:

1.     гуморальный

2.     нервный

1.     Гуморальная регуляция  - филогенетически более древний вид регуляции. Такая регуляция осуществляется посредством биологически активных веществ и (или) гормонов, которые доставляются к органам-мишеням посредством компонентов внутренней среды организма (кровь, лимфа, межтканевая жидкость). Эффекты действия таких веществ диффузный (т.е.  оказывают влияние на многие органы и их системы), развивается он относительно медленно, и кроме того, длительно выражен эффект последействия.   

2.     Нервная регуляция – с точки зрения филогенеза, самый молодой вид регуляции. Он  осуществляется исключительно, за счет действия нервной системы.  Этот вид регуляции, в отличие от гуморальной регуляции, является быстрым и точным в отношении регулируемого органа или системы органов.

Такое разделение является условным. В организме все эти виды регуляции работают одновременно, взаимно дополняя друг друга, обеспечивая тем самым быстрый и физиологически оптимальный приспособительный результат, и как следствие, поддержание гомеостаза..

.

3.1. Гуморальная регуляция. Общие вопросы эндокринологии

Вопросы лекции

·        Введение в эндокринологию.

·        Системы передачи информации и управления в многоклеточном организме

·        Структурно-функциональная организация эндокринной системы

 

3.1. Введение в эндокринологию

Эндокринология (от эндо .. внутри, греч. krino – отделяю, и ~ logia – наука) является общебиологической наукой изучающей системное химическое управление основными процессами жизнедеятельности многоклеточного организма. Эндокринология имеет важнейшее прикладное значение в медицине, ветеринарии, животноводстве. Поэтому эндокринологию можно определить как науку, изучающую строение и функции эндокринных желез, продукты их жизнедеятельности – гормоны, а так же заболевания, связанные с нарушением функций этих желёз.

 

Системы передачи информации и управления

в многоклеточном организме

 

Характерной чертой многоклеточных организмов является множественность, дифференциация и специализация структур и функций составляющих их элементов, что требует высокого уровня их интеграции и координации. В этой связи, в формировании стабильной целостности организма при его взаимоотношениях с внешней средой важное значение имеют процессы межклеточного управления с помощью информонов (Розен В.Б., 1994). Информоны дополняют и координируют механизмы внутриклеточного управления (генетические, ферментативные, мембранно-транспортные), межклеточного взаимодействия направленно изменяют их в соответствии с потребностями самих клеток, тканей, органов и целого организма.   

Существует несколько форм и уровней механизмов обеспечения межклеточного управления, различающихся по степени специализации (Розен В.Б., 1994):

·        формы неспециализированного межклеточного контроля

·        формы специализированного межклеточного контроля.

Неспециализированные формы межклеточного контроля деятельности клеток реализуются за счет сигнальных эффектов утилизонов – как правило, которыми выступают продукты обмена веществ (жирные кислоты, глюкозы, аминокислот, ионов и т.п.). Так глюкоза, транспортируясь из печени в жировую ткань, превращается там в липиды, стимулирует гликолиз, ингибируя при этом, синтез жирных кислот.         

Специализированные формы межклеточного контроля деятельности клеток, вне зависимости от их химической структуры, места образования и механизма передачи  обозначают как информоны («регулины», «эргоны») – вещества передающие межклеточную информацию. В отличие от первых, они секретируются специализированными клетками во внеклеточное пространство и не могут быть использованы в качестве пластического и энергетического материала; они обладают высокой, специфической биологической активностью и их точками приложения являются специфические клеточные рецепторы, избирательно действуя на которые, они способны изменять клеточный метаболизм.

Существует несколько типов информонов, различающихся по месту образования, распространенности и механизму межклеточного транспорта:

·        гистогормоны (парагормоны)

·        нейромедиаторы и нейромодуляторы

·        гормоны

·        антитела

Гистогормоны

 – осуществляют управление на тканевом уровне, представляют собой короткоживущие соединения. Их действие реализуется локально, в пределах близлежащих клеток. Их основная функция – обеспечение саморегуляции тканевых элементов. Образуются такие парагормоны тканеспецифично и имеют различную химическую природу. Механизм передачи – по клеточным контактам.

Наиболее широко в организме представлены регуляторные пептиды. Среди биогенных аминов – парагомонов можно выделить следующие: эндорфины, брадикинин, гистамин, серотонин, триптамин, гепарин, простагландины, тромбоксаны, лейкотриены, вазоактивные киниы, интерлейкины и т.п.  

 

Нейромедиаторы и нейромодуляторы (комедиаторы)

– выделяются пресинаптическим мембранами нейроцитов. Представляют собой короткоживущие, быстродействующие соединения, воздействующие на рецепторы постсинаптической мембраны. Обеспечивает информационное взаимодействие клеток, функционально относящихся к возбудимым тканям.

Всего в настоящее время известно около 100 медиаторов (например, ацетилхолин, норадреналин, дофамин, гистамин, серотонин, гамма-аминомаслянная кислота (ГАМК) и др.).

Антитела

- это информоны иммунной системы организма. Они секретируются B-лимфоцитами в кровь в ответ на появление в организме антигенов. В отличие от других информонов антитела специфически взаимодействуют не с рецепторами клеток, а с циркулирующими в крови или фиксированными на поверхности клеток антигенами («чужеродными телами»), нейтрализуя их.

Следует иметь в виду, что кроме того, иммунный ответ организма зависит от ряда гормонов, регулирующих морфофункциональное состояние тимико-лимфоидной системы, а сам тимус является кроме того, эндокринной железой, продуцирующей собственные гормоны, влияющие на дифференцировку и свойства Т- лимфоцитов, а так же на некоторые неиммунные  процессы.   

Гормоны

Термин «гормон» был предложен В. Бейлисом и Е. Старлингом (1905) – от греч. гормейн – приводить в движение, «пришпоривать». Гормоны являются биоорганическими соединениями особого типа, образующиеся специализированными клетками эндокринных желез (желез внутренней секреции), способные в организме осуществлять дистантное воздействие на органы-мишени.    

Свойства гормонов:

1.     высокая биологическая активность. Например, 1 мг адреналина способен изменит работу сердца у 1000 лягушек.

2.     низкий молекулярный вес

3.     наличие дистантным действия. Так, тиреотропный гормон образуется в гипофизе, а действует на клетки щитовидной железы.

Каждый гормон обладает специфичностью действия на клетки – мишени  (т.е. клетки на которые избирательно действует гормон, и которые являются наиболее чувствительными к его действию - принцип «ключа и замка»).

По химическому строению гормоны подразделяют на:

1.     гормоны - производные аминокислот  (биологические амины - адреналин, норадреналин; тироксин);

2.     полипептиды и белковые гормоны (инсулин, СТГ и т.п.);

3.     гормоны - производные холестерина (половые гормоны – тестостерон, эстрадиол и т.п.).

Гормоны различаются по механизму действия на клетку-мишень. Циторецепция гормонов подразделяется на два типа (Розен,1994):

1.     внутриклеточный (ядерный). Этим типом рецептируются стероидные, тиреоидные гормоны, ретиноевая кислота.

2.     поверхностный (мембранный). Этим типом рецептируются белково-пептидные гормоны, катехоламины и все известные негормональные информоны.

Внутриклеточный тип рецепции характеризуется ядерной локализацией рецепторов. Гормон при этом свободно проникает внутрь клетки, достигает ядра, где связывается с рецепторными белками хроматина. В ответ на действие гормона изменяется уровень транскрипции и синтеза белков. Эффекты действия гомонов длительны и могут длиться по времени от нескольких часов - до нескольких суток.

Поверхностный тип рецепции характеризуется взаимодействием мембранных рецепторов клетки с гормоном. При этом сам гормон в клетку не проникает, а действует с её поверхности, через систему [гормон – рецептор] –внутриклеточный медиатор (мессенджер), который и опосредует гормональные эффекты.  Мессенджерами могут выступать циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), диацилглицерин (ДАГ), трифосфоинозитол (Ф₃И), фосфорилированные белки, Са²⁺ , Na⁺. Например, накопление в клетке аденилатциклазы приводит к образованию цАМФ (вторичный мессенджер), который взаимодействует в свою очередь, с протеинкиназой циклических нуклеотидов, влияющей на процессы фосфорилирования множества ферментативных и структурных белков.

Итак, гормоны здесь – первичные посредники, нуклеотиды – вторичные посредники. Эффекты таких гормонов развиваются быстро в течение нескольких секунд или минут и, обусловлены активацией уже синтезированных белков.

Эффекты гормонов на клетку зависят от ряда факторов, в том числе от чувствительности клеточной мембраны (зависит от количества рецепторов) к гормону, от концентрации гормона, процесса его синтеза, времени его инактивации.

 

Действие гормонов на клетку, систему органа

и организм проявляется в виде :

1.     метаболического действия – связанно с влиянием на обмен клеток: тироксин (катаболический путь), СТГ (анаболический путь).

2.     морфогенетического влияния – проявляется влиянием на рост и развитие организма (СТГ, тироксин, половые гормоны).

3.     корригирующего влияния – проявляется в регулирующем влиянии на работу органов и систем.

4.     репродуктивного влияния – половые гормоны действуют на половые железы, обеспечивая развития и функционирования репродуктивной системы.

5.     триггерного действия (пусковое влияние) – например, глюкокортикоиды способствуют адаптации организма к изменившимся условиям окружающей среды.

  Чувствительность клетки к гормону и её реакция на его действие зависит от многих факторов, и их сочетаний: количества клеточных рецепторов, длительности действия гормона на рецепторы клетки; физико-химических характеристик внутренней среды, генетических факторов, действия других гормонов и т.п. Так например, известно премиссивное действие гормонов коры надпочечников - глюкокортикоидов. Глюкокортикоиды (например, гидрокортизон) снижают интенсивность белковосинтезирующих процессов в клетке и препятствуют тем самым, образованию ферментов, в частности, моноаминоксидазы (МАО) – фермента инактивирующего катехоламины (адреналин), тем самым, пролонгируется эффект действия катехоламинов.

Общие вопросы эндокринологии

Железы внутренней секреции (эндокринные железы) – особые органы, в которых осуществляется биосинтез гормонов, формируется его специфическая структура и которые секретирует синтезированный гормон во внутреннюю среду организма (кровь, лимфа, межклеточная жидкость).

Методы исследования эндокринных желез:

1.     Метод клинического наблюдения (этим методом, например, описан ряд заболеваний шитовидной железы – Базедова болезнь, тиреотоксический зоб).

2.     Экспериментальные методы –  создание избытка или недостатка гормон, клиническое наблюдение его эффектов. Так эффекты действия гормонов щитовидной железы можно изучать путем хирургического удаления железы у экспериментального животного, или введением медикаментозных препаратов подавляющих её функцию – например, мерказолил. Создать избыток гормонов можно хирургическим методов – пересадкой железы или введением в кровоток её гормонов.

3.     Радиоиммунные методы – этими методами определяется концентрация гормонов в крови. Здесь используются меченные (радиоактивные) антитела к определенному гормону, где гормон выступает как антиген. Оценивается реакция по степени взаимодействия антиген-антитело, концентрации этих комплексов. 

4.     Радиоизотопные методы - например, динамическая сцинтиграфия. Этим методом определяют функциональную активность ряда желез, например, щитовидной. Исследование проводится следующим образом: внутривенно пациенту вводится радиоактивный фармацевтический препарат (например, I¹³¹) специфичный к ткани исследуемой железы и далее исследуют скорость его накопление в железе и элиминации его  из железы. При этом, чем выше активность ткани железы, тем интенсивнее накапливается в ней препарат.

5.     Морфологические методы – гистологическое исследование ткани железы позволяет судить в ряде случаев, о её функциональном состоянии. Например, при микроскопии биоптата (прижизненно полученного участка ткани железы) щитовидной железы, в зависимости от её активности, могут определятся пустые фолликулы или наоборот, заполненные;  их содержимое может быть различной оптической плотности  (золь – гель), и т.д. – что косвенно свидетельствует о функциональной активности железы).

6.     Термографические методы – исследуется функциональная активность железы по степени изменения температуры её ткани. Чем выше синтетическая функция, тем выше обмен веществ в ткани железы и следовательно её температура.

7.     Ультразвуковые методы – являются косвенными методами, при их помощи можно определить размеры и структуру железы, которые тесно связанны с её функциональной активностью.

Кроме того, в клинической практике для исследования желез внутренней секреции применяют рентгеновские методы, метод компьютерной томографии, магнито-резонансной томографии и некоторые другие.