Общая характеристика гормонов. Стероидные гормоны

Моноамины: Дофамин, норадреналин, адреналин, мелатонин.

Йодтиронины: Тетрайодтиронин (тироксин, Т 4), трийодтиронин (Т 3).

Белково-пептидные: рилизинг-гормоны гипоталамуса, гормоны гипофиза, гормоны поджелудочной железы и желудочно-кишечного тракта, ангитензины и др.

Стероиды: глюкокортикоиды, минералокортикоиды, половые гормоны, метаболиты холекальциферола (витамин D ).

Цикл жизни гормона

1. Синтез.

2. Секреция.

3. Транспорт. Аутокринное, паракринное и дистантное действие. Значение белков-переносчиков для стероидных и тиреоидных гормонов.

4. Взаимодействие гормона с рецепторами клеток-мишеней.

а) водорастворимые гормоны (пептиды, катехоламины) соединяются с рецепторами на мембране клеток-мишеней. Мембранные рецепторы для гормонов: хемочувствительный ионный канал; G -белки. В результате в клетке-мишени появляются вторичные посредники (например, цАМФ). Изменение активности ферментов → биологический эффект.

б) жирорастворимые гормоны (стероидные, йодсодержащие тиреоидные) проникают сквозь клеточную мембрану и соединяются с рецепторами внутри клетки-мишени. Комплекс «гормон-рецептор» регулирует экспрессию → развитие биологического эффекта.

5. Биологический эффект (сокращение или расслабление гладких мышц, изменение скорости обмена веществ, проницаемости клеточной мембраны, секреторные реакции и др.).

6. Инактивация гормонов и/или их экскреция (роль печени и почек).

Обратная связь

Скорость секреции гормона точно контролируется внутренней системой контроля. В большинстве случаев секреция регулируется механизмом отрицательной обратной связи (хотя крайне редко имеет место и положительная обратная связь). Итак, эндокринная клетка способна воспринимать последствия секреции определенного гормона. Это позволяет ей приспособить уровень секреции гормона для обеспечения желаемого уровня биологического эффекта.

А. Простая отрицательная обратная связь.

Если биологический эффект возрастает , количество гормона, секретируемого эндокринной клеткой, в дальнейшем будет снижаться .

Контролируемый параметр – уровень активности клетки-мишени. Если клетка-мишень слабо отвечает на гормон, эндокринная клетка будет выделять больше гормона, чтобы достигнуть желаемого уровня активности.

Б. Сложная (составная) отрицательная обратная связь осуществляется на различных уровнях.

Пунктирными линиями показаны различные варианты отрицательной обратной связи.

В. Положительная обратная связь: в конце фолликулярной фазы женского полового цикла возрастает концентрация эстрогенов, что приводит к резкому увеличению секреции (пику) ЛГ и ФСГ, возникающему перед овуляцией.

Самостоятельная работа по теме: «Физиология эндокринной системы»

Женские половые гормоны

_______________________

Дни от пика ЛГ

Дни от начала цикла

Рис. 1. Изменение уровня гонадотропинов аденогипофиза (ЛГ, ФСГ), гормонов яичников (прогестерона и эстрадиола) и базальной температуры тела во время женского полового цикла.

Укажите рядом с графиками названия гормонов.

В яичнике в период женского полового цикла (продолжительностью в 28 дней) различают:

1. Фолликулярную фазу, которая длится с ______ по ______ день цикла. В эту фазу в яичнике ____________________________________________________________________________

2. Овуляция (О ) происходит на _____ день цикла. Овуляция – это ______________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Овуляции предшествует пик _______________________________ гормона.

3. Фазу желтого тела, которая длится с ______ дня по ________ день. В эту фазу в яичнике ______________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В матке в период женского полового цикла различают:

1. Менструацию (М ) – ____________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

2. Пролиферативную фазу – ______________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Секреторную фазу – __________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пользуясь рис. 1 , дополните предложения:

1. Наибольшая концентрация в плазме эстрадиола на _______ день цикла, т.е. в ________________________ фазу.

2. Наибольшая концентрация в плазме прогестерона на ________ день цикла, т.е. в ________________________ фазу.

3. Непосредственно перед овуляцией наблюдается пик гормонов __________________.

4. Подъем базальной температуры тела во время овуляции и в фазу желтого тела связан с секрецией гормона ________________________________.

Менопауза

Менопауза – это ________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В менопаузу секреция:

а) прогестерона, эстрадиола ________________________

б) ФСГ, ЛГ ________________________

в) половых гормонов (андрогенов) в корковом веществе надпочечников _________________

В период менопаузы изменяется деятельность систем организма: ______________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Эпифиз (шишковидная железа)

Гормон эпифиза: __________________________________________

(аминокислота триптофан → серотонин → ____________________)

Регуляция секреции:

Темнота (стимулирующее влияние) → сетчатка глаза → ретино-гипоталамический тракт → латеральная область гипоталамуса → спинной мозг → симпатические нервы (преганглионарный нейрон) → верхний шейный ганглий → постганглионарный нейрон → пинеалоциты эпифиза → увеличение синтеза и секреции мелатонина.

Примечание: 1) медиатор постганглионарного нейрона, который взаимодействует с β-адренорецепторами пинеалоцитов эпифиза, _____________________________________

2) свет оказывает _________________________ влияние на синтез и секрецию мелатонина

3) на ночные часы приходится 70% суточной продукции гормона

4) стресс ___________________________ секрецию мелатонина

Механизм действия и эффект

1. Мелатонин _____________ секрецию гонадолиберинов гипоталамуса и ________________ аденогипофиза → снижение половых функций.

2. Введение мелатонина вызывает легкую эйфорию, сон.

3. К началу полового созревания уровень мелатонина _______________________________.

4. Во время женского полового цикла уровень мелатонина изменяется: во время менструации – ___________________________, а во время овуляции – _________________________.

5. Эпифиз – биологические часы, т.к. благодаря ему происходит временная адаптация.

Клинические проявления недостатка и избытка гормона:

1. Опухоли, разрушающие эпифиз, _______________________ половую функцию.

2. Опухоли, происходящие из пинеалоцитов, сопровождаются______________________

половой функции.

Регуляция уровня Ca 2+ в крови

4169 0

Одной из необходимых подсистем в организации эндокринных функций является периферический метаболизм гормонов. Важнейшую роль в периферических превращениях гормонов играют процессы катаболизма. Катаболизм гормонов — это совокупность процессов ферментативной деградации исходной химической структуры секретируемых гормональных соединений.

По основной физиологической сущности катаболические процессы, как уже отмечалось, — это прежде всего способ необратимой инактивации гормонов и обеспечения гормонального баланса, уравновешивающий продукцию гормонов и подготавливающий клетки к приему новой порции гормональной информации. Химическая деградация гормонов, осуществляемая с помощью специальных ферментных систем, протекает в различных тканях, но прежде всего в спланхнической системе и почках. Эти органы обусловливают инактивацию гормонов, подготавливают их к выведению из организма.

Вместе с тем значение метаболических процессов на периферии не сводится только к необратимой инактивации гормонов. В катаболизирующих органах и, что особенно важно, в реагирующих органах могут протекать обменные процессы, приводящие к активации, реактивации, взаимопревращениям гормонов и возникновению новой гормональной активности (рис 44).

К числу процессов активации относятся, например, превращение секретируемого андростендиона в тестостерон, тестостерона — в 5а-дигидротестостерон или андростандиолы, секретируемого эстрона — в эстрадиол, тироксина — в трийодтиронин, ангиотензина I — в ангиотензины II и III. В качестве примеров реактивации можно привести переход кортизона в кортизол, восстановление структуры тестостерона и эстрадиола из их метаболитов — андростендиона и эстрона соответственно.

Примерами взаимопревращений гормонов разного типа являются превращение андрогенов в эстрогены в гипоталамусе и в других отделах мозга, а также в жировой ткани и переход 17-оксикортикостероидов — в андрогены. Наконец, к процессам ферментативного превращения гормона на периферии в соединения с новым типом гормональной активности можно отнести образование энкефалина, эндорфинов и пептидов памяти из в-липотропина. Все эти метаболические реакции в реагирующих тканях, очевидно, играют существенную роль в местной регуляции и саморегуляции эффективности гормонов.

В условиях физиологического покоя метаболические процессы на периферии находятся в состоянии равновесия с процессами гормональной продукции. Пути и скорость превращений гормонов исследуются биохимическими методами in vivo и in vitro, общепринятыми для любых биоорганических соединений.

В данном случае используются гормоны, меченные 3Н. 14С и 125I. Радиоактивные вещества вводят в физиологических концентрациях в организм в опытах in vivo или н среду с инкубируемыми кусочками, срезами, гомогенатами тканей и субклеточными фракциями в опытах in vitro. Через определенные интервалы времени после инъекции гормона или начала инкубации с ним исследуемых тканей меченые гормональные метаболиты из биологического материала экстрагируют, очищают с помощью различных хроматографических процедур, затем идентифицируют и количественно определяют. В опытах in vivo продукты превращения гормонов определяют обычно в экскретах.

В качестве интегральных показателей интенсивности метаболических процессов in vivo часто используют величину периода полураспада гормонов (Т1/2) и скорость метаболического клиренса (СМК).

Период полураспада гормонов — это время, за которое концентрация введенной в кровь порции радиоактивного гормона необратимо уменьшается вдвое. В табл. 12 приведены величины различных гормонов.

Таблица 12. Величина периода полураспада некоторых гормонов у здорового человека (обобщенные средние данные)

Скорость метаболического клиренса гормонов характеризует объем крови, полностью и необратимо очищаемый от гормона за определенный промежуток времени.

Метаболизм стероидных гормонов протекает главным образом без расщепления стероидного скелета и сводится в основном к реакциям восстановления двойной связи в кольце А (в основных семействах гормонов, кроме эстрогенов); окисления — восстановления некоторых кислородных функций; гидроксилирования углеродных атомов. Он осуществляется достаточно интенсивно не только в системе катаболизирующих органов (печени, кишечнике, почках), но и в мозге, мышцах, коже и других тканях, исключая тимико-лимфоидную.

Все стероидные гормоны, содержащие в кольце А Д4-3-кетогруппу (кортикостероиды, прогестины, секретируемые андрогены), имеют общий путь превращений, состоящий из двух последовательно протекающих этапов (Дорфман, 1960):

Первый этап сводится к восстановлению Д4-двойной связи с образованием дигидропроизводных стероидов и осуществляется под действием НАДФН-зависимых ферментов, называемых 5а- и 5в-редуктазами, 5а-редуктазы локализованы главным образом в микросомальной и ядерной фракциях клетки. В свою очередь в-редуктазы, как правило, локализуются в растворимой фракции клетки (цитозоле) и образуют 5в-производные стероидов.

Так образуются 5а- и 5в-дигидроформы кортикостероидов (дигидрокортизолы, дигидрокортикостероны, дигидроальдостероны), прогестинов (дигидропрогестероны) и тестостерона (дигидротестостероны). При этом и 5а- и 5в-восстановление кортикостероидов приводит, по-видимому, к практически полной инактивации гормонов. В случае прогестинов к инактивации исходного гормонального соединения приводит чаще всего лишь 5/5-редукция, 5а-дигидропрогес-терон (5a-DPr) может обладать выраженной прогестиновой активностью. В случае андрогенов 5а-редуктазная реакция, приводящая к образованию из Т 5а-DT, вызывает значительное усиление андрогенной активности.

Вместе с тем 5в-редукция Т вызывает у млекопитающих почти полное исчезновение андрогенной и анаболической активности гормона. Однако 5в-производные Т, вероятно, не являют- . ся биологически инертными соединениями. Теряя андрогенную и анаболическую активность, они могут приобретать и некоторые новые свойства. Так, 5в-DT и некоторые его метаболиты у эмбрионов цыплят обладают способностью индуцировать синтез гемоглобина и усиливать эритропоэз (Ирвинг и др., 1975).

Второй общий этап превращений Д4-3-кетостероидных гормонов, следующий за 5-редуктазными реакциями, — это гидрирование 3-кетогруппы с образованием За- и 3в-оксипроизводных стероидных гормонов.

Эти реакции осуществляются при участии ферментов За- и 3в-оксистероиддегидрогеназ (оксидоредуктаз), которые в присутствии НАДФН или НАДН восстанавливают 3-кетогруппы в 3-оксигруппу. Оба фермента могут существовать в клетках как в растворимой форме, так и в форме, связанной с мембранами эндоплазматического ретикулума. В результате в-оксистероиддегидрогеназных реакций образуются тетрагидроформы стероидных гормонов. Видимо, тетрагидрометаболиты стероидов в большинстве случаев уже не обладают прямой биологической активностью и могут быть конечными продуктами катаболизма соответствующих гормонов.

Известен и другой общий путь метаболизма стероидов. Однако он имеет более узкое значение, так как присущ лишь С21 -стероидным гормонам. Он сводится к восстановлению кетогруппы у 20-го углеродного атома и обеспечивается микросомальными и цитозольными ферментами 20а- и 20в-оксистероиддегидрогеназами, или оксидоредуктазами (см. выше, Б).

В результате 20-оксидегидрогеназной реакции образуются 20-дигидропроизводные С21 -стероидов, в которых гидроксильная группа ориентирована либо в 20а-, либо в 20в-положении. Субстратами этой реакции могут быть как исходные, секретируемые стероиды, так и их тетрагидрометаболиты. При этом 20а-оксипроизводные самих гормонов в отличие от 20в-производных могут обладать выраженной гормональной активностью. В то же время и 20а-, 20в-дигидроформы стероидов с восстановленным кольцом А биологически неактивны. Метаболиты С21 -стероидов с восстановленной боковой цепью и восстановленным кольцом А составляют значительную часть конечных, экскретируемых метаболитов кортикостероидов и прогестинов.

Наконец, для периферического метаболизма всех стероидных гормонов в той или иной степени характерны процессы гидроксили рования в разных позициях стероидной молекулы. Процессы гидрокенлирования протекают в основном в печени под действием микросомальных монооксигеназ (гидроксилаз) — цитохром Р450-зависимых ферментов. Данная ферментная система гепатоцитов аналогична гидроксилазам стероидогенных эндокринных клеток, но не включает в себя адренодоксина — ферментативного компонента, специфичного для биосинтеза стероидных гормонов. Интересно, что многие изоформы монооксигеназ активно превращают одновременно ксенобиотики — микромолекулярные лекарства, токсины и канцерогены.

Все перечисленные метаболиты стероидных гормонов плохо растворимы в воде и превращаются в печени перед экскрецией в парные соединения (конъюгаты) — эфиры с серной, глюкуроновой и некоторыми другими кислотами. Синтез простых эфиров с глюкуроновой кислотой (глюкурониды) и сложных эфиров с серной кислотой (сульфаты) — это общий конечный этап катаболизма большинства стероидных гормонов, непосредственно предшествующий экскреторным процессам.

Эстерификация стероидов увеличивает их растворимость в воде и повышает порог реабсорбции в извитых канальцах почек и слизистой кишечника. Кроме того, в некоторых случаях она дополнительно тормозит биологическую активность соединений. Этап образования парных соединений неспецифичен для стероидных гормонов.

Образование эфирной связи с метаболитами стероидных гормонов — сложный ферментативный процесс, осуществляющийся преимущественно по гидроксилу СЗ-стероида (см. выше).

У большинства изученных видов, за редким исключением (например, морская свинка), примерно 90% метаболитов стероидных гормонов экскретируется в форме глюкуронидов и сульфатов. Помимо глюкуронидов и сульфатов в экскретах обнаруживаются фосфаты и конъюгаты с глутатионом, N-ацетилглюкозамином и белками (Юдаевидр., 1976).

В моче найдены также полярные С21 и C19-карбоксиметаболиты или соответствующие им карбоформы (Тейлор, 1970; Мондер, Брэдлоу, 1977). Карбоксиформы этих соединений называют этиеновыми кислотами.

Уровни организации регуляторных систем.

Роль гормонов в регуляции метаболизма.

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

	Ткань, клетки
Эндокринные железы
Гипофиз а) Аденогипофиз	Кортикотрофы Гонадотрофы Тиреотрофы Соматотрофы Лактотрофы	Кортикотропин Меланотропин Фоллитропин Лютропин Тиреотропин Соматотропин Пролактин
б) нейрогипофиз	Питуициты	Вазопрессин Окситоцин Эндорфины
Надпочечники а) корковое вещество б) мозговое вещество	Клубочковая зона Пучковая зона Сетчатая зона Хромаффинные клетки	Минералокортикоиды Глюкокортикоиды Половые стероиды Адреналин (Норадреналин) Адреномедуллин
Щитовидная железа	Фолликулярные тиреоциты К-клетки	Трийодтиронин Тетрайодтиронин Кальцитонин
Околощитовидные железы	Главные клетки К-клетки	Паратирин Кальцитонин
	Пинеоциты	Мелатонин
Органы с эндокринной тканью
Поджелудочаня железа	Островки Лангерганса альфа-клетки бета-клетки дельта-клетки	Глюкагон Инсулин Соматостатин
Половые железы а) семенники б)яичники	Клетки Лейдига Клетки Сертолли Клетки гранулезы Желтое тело	Тестостерон Эстерогены Ингибин Эстрадиол Эстрон Прогестерон Прогестерон
Органы с инкреторной функцией клеток
Желудочно-кишечный тракт	Эндокринные и энтерохромаффинные клетки желудка и тонкого кишечника	Регуляторные пептиды
Плацента	Синцитиотрофобласт Цитотрофобласт	Хорионический гонадотропин Пролактин Эстриол Прогестерон
	Тимоциты	Тимозин, Тимопоэтин, Тимулин
	ЮГА Перитубуляерные клетки Канальцы	Ренин Эритропоэтин Кальцитриол
	Миоциты предсердий	Атриопептид Соматостатин Ангиотензин-II
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.

1. Определение понятия "гормоны", классификация и общие биологические признаки гормонов.

2. Классификация гормонов по химической природе, примеры.

3. Механизмы действия дистантных и проникающих в клетку гормонов.

4. Посредники действия гормонов на обмен веществ - циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ), ионы Са2+ , инозитолтрифосфат, рецепторные белки цитозоля. Реакции синтеза и распада цАМФ.

5. Каскадные механизмы активации ферментов, как способ усиления гормонального сигнала. Роль протеинкиназ.

6. Иерархия гормональной системы. Принцип обратной связи в регуляции секреции гормонов.

7. Гормоны гипоталамуса и передней доли гипофиза: химическая природа, механизм действия, ткани и клетки-мишени, биологический эффект.

23.1. Определение понятия “гормоны” и их классификация по химической природе.

23.1.1. Выучите определение понятия: гормоны - биологически активные соединения, выделяемые железами внутренней секреции в кровь или лимфу и оказывающие влияние на метаболизм клетки.

23.1.2. Запомните основные особенности действия гормонов на органы и ткани:

гормоны синтезируются и выделяются в кровь специализированными эндокринными клетками;
гормоны обладают высокой биологической активностью - физиологическое действие проявляется при концентрации их в крови порядка 10-6 - 10-12 моль/л;
каждый гормон характеризуется присущей только ему структурой, местом синтеза и функцией; дефицит одного гормона не может быть восполнен другими веществами;
гормоны, как правило, влияют на отдалённые от места их синтеза органы и ткани.

23.1.3. 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.

23.1.4. 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.

23.1.5. Классификация гормонов основана на их химическом строении. Различные химические группы гормонов приведены в таблице 23.1.

Таблица 23.1. Химическая природа гормонов

Класс химических веществ	Гормон или группа гормонов	Основное место синтеза
Белки и пептиды	Либерины Статины	Гипоталамус
	Вазопрессин Окситоцин	Гипоталамус*
	Тропные гормоны	Передняя доля гипофиза (аденогипофиз)
	Инсулин Глюкагон	Поджелудочная железа (островки Лангерганса)
	Паратгормон	Паращитовидные железы
	Кальцитонин	Щитовидная железа
Производные аминокислот	Иодтиронины (тироксин, трииодтиронин)	Щитовидная железа
Производные аминокислот	Катехоламины (адреналин, норадреналин)	Мозговой слой надпочечников, симпатическая нервная система
Стероиды	Глюкокортикоиды (кортизол)	Кора надпочечников
	Минералокортикоиды (альдостерон)	Кора надпочечников
	Андрогены (тестостерон)	Семенники
	Эстрогены (эстрадиол)	Яичники
	Прогестины (прогестерон)	Яичники

* 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.

23.2. Иерархия регуляторных систем в организме.

23.2.1. Запомните, что в организме существует несколько уровней регуляции гомеостаза, которые тесно взаимосвязаны и функционируют как единая система (см. рисунок 23.1).

Рисунок 23.1. Иерархия регуляторных систем организма (пояснения в тексте).

23.2.2. 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 (или рилизинг-факторы), стимулирующие секрецию гормонов гипофиза;
статины - вещества, угнетающие секрецию этих гормонов.

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:

путём изменения количества ферментного белка;
путём химической модификации ферментного белка с изменением его активности, а также
путём изменения скорости транспорта веществ через биологические мембраны.

3. Внутриклеточные механизмы регуляции представляют собой низший уровень регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самих клетках или поступающие в неё.

23.3. Механизмы действия гормонов.

29.3.1. 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.

29.3.2. 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. Образующийсякомплекс 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 23.2. 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.

23.3.3. 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 23.3.

Рисунок 23.3. 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:

23.4. 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.

23.4.1. 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 23.2.

Таблица 23.2. Гипоталамические либерины и статины

Фактор	Место действия		Регуляция секреции
Кортиколиберин	Аденогипофиз	Стимулирует секрецию адренокортикотропного гормона (АКТГ)	Секреция стимулируется при стрессах и подавляется АКТГ
Тиреолиберин	- “ - “ -	Стимулирует секрецию тиреотропного гормона (ТТГ) и пролактина	Секрецию тормозят тиреоидные гормоны
Соматолиберин	- “ - “ -	Стимулирует секрецию соматотропного гормона (СТГ)	Секрецию стимулирует гипогликемия
Люлиберин	- “ - “ -	Стимулирует секрецию фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) и лютеинизирующего гормона (ЛГ)	У мужчин секреция вызывается снижением содержания тестостерона в крови, у женщин - снижением концентрации эстрогенов. Высокая концентрация ЛГ и ФСГ в крови подавляет секрецию
Соматостатин	- “ - “ -	Тормозит секрецию СТГ и ТТГ	Секреция вызывается физической нагрузкой. Фактор быстро инактивируется в тканях тела.
Пролактостатин	- “ - “ -	Тормозит секрецию пролактина	Секрецию стимулирует высокая концентрация пролактина и подавляют эстрогены, тестостерон и нервные сигналы при сосании.
Меланостатин	- “ - “ -	Угнетает секрецию МСГ (меланоцитостимулирующего гормона)	Секрецию стимулирует меланотонин

23.4.2. 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.

Таблица 3. Гормоны аденогипофиза

Гормон	Ткань-мишень	Основные биологические эффекты	Регуляция секреции
Адренокортикотропный гормон (АКТГ)	Кора надпочечников	Стимулирует синтез и секрецию стероидов корой надпочечников	Стимулируется кортиколиберином
Тиреотропный гормон (ТТГ)	Щитовидная железа	Усиливает синтез и секрецию тиреоидных гормонов	Стимулируется тиреолиберином и подавляется тиреоидными гормонами
Соматотропный гормон (гормон роста, СТГ)	Все ткани	Стимулирует синтез РНК и белка, рост тканей, транспорт глюкозы и аминокислот в клетки, липолиз	Стимулируется соматолиберином, подавляется соматостатином
Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ)	Семенные канальцы у мужчин, фолликулы яичников у женщин	У мужчин повышает образование спермы, у женщин - образование фолликулов	Стимулируется люлиберином
Лютеинизирующий гормон (ЛГ)	Интерстициальные клетки семенников (у мужчин) и яичников (у женщин)	Вызывает секрецию эстрогенов, прогестерона у женщин, усиливает синтез и секрецию андрогенов у мужчин	Стимулируется люлиберином
Пролактин	Молочные железы (альвеолярные клетки)	Стимулирует синтез белков молока и развитие молочных желёз	Подавляется пролактостатином
Меланоцитостимулирующий гормон (МСГ)	Пигментные клетки	Повышает синтез меланина в меланоцитах (вызывает потемнение кожи)	Подавляется меланостатином

23.4.3. 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.

23.4.4. 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.

28.4. Гормоны поджелудочной железы.

Обратите внимание, что эндокринная часть поджелудочной железы продуцирует и выделяет в кровь гормоны инсулин и глюкагон.

1. Инсулин. Инсулин - белково-пептидный гормон, вырабатываемый β-клетками островков Лангерганса. Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей (А и В), содержащих 21 и 30 аминокислотных остатков соответственно; цепи инсулина связаны между собой двумя дисульфидными мостиками. Образуется инсулин из белка-предшественника (препроинсулина) путём частичного протеолиза (см. рисунок 4). После отщепления сигнальной последовательности образуется проинсулин. В результате ферментативного превращения удаляется фрагмент полипептидной цепи, содержащий около 30 аминокислотных остатков (С-пептид), и образуется инсулин.

Стимулом для секреции инсулина является гипергликемия - повышение содержания глюкозы в крови (например, после приёма пищи). Главные мишени для инсулина - клетки печени, мышц и жировой ткани. Механизм действия - дистантный.

Рисунок 4. Схема превращения препроинсулина в инсулин.

Рецептор инсулина представляет собой сложный белок - гликопротеин, расположенный на поверхности клетки-мишени. Этот белок состоит их двух α-субъединиц и двух β-субъединиц, связанных между собой дисульфидными мостиками. β-Субъединицы содержат несколько аминокислотных остатков тирозина. Рецептор инсулина обладает тирозинкиназной активностью, т.е. способен катализировать перенос остатков фосфорной кислоты от АТФ на ОН-группу тирозина (рисунок 5).

Рисунок 5. Инсулиновый рецептор.

В отсутствие инсулина рецептор не проявляет ферментативной активности. При связывании с инсулином рецептор подвергается аутофосфорилированию, т.е. β-субъединицы фосфорилируют друг друга. В результате изменяется конформация рецептора и он приобретает способность фосфорилировать другие внутриклеточные белки. В дальнейшем комплекс инсулина с рецептором погружается в цитоплазму и его компоненты расщепляются в лизосомах.

Образование гормон-рецепторного комплекса повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы и аминокислот. Под действием инсулина в клетках-мишенях:

а) снижается активность аденилатциклазы и увеличивается активность фосфодиэстеразы, что приводит к понижению концентрации цАМФ;

б) повышается скорость окисления глюкозы и снижается скорость глюконеогенеза;

в) увеличивается синтез гликогена и жиров и подавляется их мобилизация;

г) ускоряется синтез белка и тормозится его распад.

Все эти изменения направлены на ускоренное использование глюкозы, что приводит к снижению содержания глюкозы в крови. Инактивация инсулина происходит главным образом в печени и заключается в разрыве дисульфидных связей между цепями А и В.

2. Глюкагон. Глюкагон - полипептид, содержащий 29 аминокислотных остатков. Он продуцируется α-клетками островков Лангерганса в виде белка-предшественнника (проглюкагона). Частичный протеолиз прогормона и секреция глюкагона в кровь происходит при гипогликемии, вызванной голоданием.

Клетки-мишени для глюкагона - печень, жировая ткань, миокард. Механизм действия - дистантный (посредником является цАМФ).

Под действием глюкагона в клетках-мишенях:

а) ускоряется мобилизация гликогена в печени (см. рисунок 6) и тормозится его синтез;

б) ускоряется мобилизация жиров (липолиз) в жировой ткани и тормозится их синтез;

в) угнетается синтез белка и усиливается его катаболизм;

г) ускоряется глюконеогенез и кетогенез в печени.

Конечный эффект глюкагона - поддержание высокого уровня глюкозы в крови.

Рисунок 6. Каскадный механизм активации фосфорилазы гликогена под влиянием глюкагона.

3. Нарушения гормональной функции поджелудочной железы. Наиболее часто встречается сахарный диабет - заболевание, обусловленное нарушением синтеза и секреции инсулина β-клетками (диабет I типа) либо дефицитом инсулинчувствительных рецепторов в клетках-мишенях (диабет II типа). Для сахарного диабета характерны следующие нарушения обмена веществ:

а) снижение использования глюкозы клетками, усиление мобилизации гликогена и активация глюконеогенеза в печени приводят к увеличению содержания глюкозы в крови (гипергликемия) и преодоление ею почечного порога (глюкозурия);

б) ускорение липолиза (расщепления жиров), избыточное образование ацетил-КоА, используемого для синтеза с последующим поступлением в кровь холестерола (гиперхолестеролемия) и кетоновых тел (гиперкетонемия); кетоновые тела легко проникают в мочу (кетонурия);

в) снижение скорости синтеза белка и усиление катаболизма аминокислот в тканях приводит к повышению концентрации мочевины и других азотистых веществ в крови (азотемия) и увеличению их выведения с мочой (азотурия);

г) выведение почками больших количеств глюкозы, кетоновых тел и мочевины сопровождается увеличением диуреза (полиурия).

28.5. Гормоны мозгового вещества надпочечников.

К гормонам мозгового вещества надпочечников относятся адреналин и норадреналин (катехоламины). Они синтезируются в хромаффинных клетках из тирозина (рисунок 7).

Рисунок 7. Схема синтеза катехоламинов.

Секреция адреналина усиливается при стрессе, физических нагрузках. Мишени для катехоламинов - клетки печени, мышечной и жировой ткани, сердечно-сосудистая система. Механизм действия - дистантный. Эффекты реализуются через аденилатциклазную систему и проявляются изменениями углеводного обмена. Подобно глюкагону, адреналин вызывает активацию мобилизации гликогена (см. рисунок 6) в мышцах и печени, липолиз в жировой ткани. Это приводит к увеличению содержания глюкозы, лактата и жирных кислот в крови. Адреналин усиливает также сердечную деятельность, вызывает сужение сосудов.

Обезвреживание адреналина происходит в печени. Основными путями обезвреживания являются: метилирование (фермент - катехол-орто-метилтрансфераза, КОМТ), окислительное дезаминирование (фермент - моноаминооксидаза, МАО) и конъюгация с глюкуроновой кислотой. Продукты обезвреживания выводятся с мочой.

Регуляция физиологических процессов, роста и продуктивности сельскохозяйственных животных осуществляется комплексно, в виде рефлекторных реакций и гормональных воздействий на клетки, ткани и органы.

При участии нервной системы гормоны оказывают коррелирующее воздействие на развитие, дифференцировку и рост тканей и органов, стимулируют воспроизводительные функции, процессы метаболизма и продуктивность. Как правило, один и тот же гормон может оказывать соответствующее влияние на несколько физиологических процессов. В то же время различные гормоны, выделяемые одной или несколькими эндокринными железами, могут проявлять свое действие как синергисты или антагонисты.

Регулирование обмена веществ с помощью гормонов во многом зависит от интенсивности их образования и поступления в кровь, от продолжительности срока действия и скорости распада, а также от направленности их влияния на обменные процессы. Результаты действия гормонов зависят от их концентрации, а также от чувствительности эффекторных органов и клеток, от физиологического состояния и функциональной лабильности органов, нервной системы и всего организма. У одних гормонов влияние на процессы метаболизма проявляется, в основном, как анаболическое (соматотропин, инсулин, половые гормоны), а у других гормонов - как катаболическое (тироксин, глюкокортикоиды).

Широкая программа исследований влияния гормонов и их аналогов на обмен веществ и продуктивность животных выполнена в НИИФБиП сельскохозяйственных животных. Этими исследованиями доказано, что анаболическое использование азота, принятого с кормом, зависит не только от его количества в рационе, но и от функциональной активности соответствующих эндокринных желез (гипофиза, поджелудочной, половых желез, надпочечников и др.), гормоны которых во многом определяют интенсивность азотистого и других видов обмена. В частности, определено влияние соматотропина, инсулина, тироксина, тестостерон-пропионата и многих синтетических препаратов на организм животных и установлено, что все перечисленные препараты проявляют четко выраженный анаболический эффект, связанный с повышением биосинтеза и ретенции белка в тканях.

Для роста животных, их важнейшей продуктивной функции, связанной с наращиванием живой массы, важным регулирующим гормоном является СТГ, который действует непосредственно на метаболические процессы в клетках. Он улучшает использование азота, усиливает синтез белков и других веществ, митоз клеток, активирует образование коллагена и рост костей, ускоряет расщепление жиров и гликогена, что в свою очередь улучшает метаболизм и энергетические процессы в клетках.

Действие на рост животных СТГ оказывает в синергизме с инсулином. Они совместно активируют функции рибосом, синтез ДНК, и другие анаболические процессы. На инкрецию соматотропина оказывают влияние тиротропин, глюкагон, вазопрессин, половые гормоны.

На рост животных путем регуляции метаболизма, в частности углеводного и жирового обменов, оказывает влияние пролактин, который действует аналогично соматотропину.

В настоящее время изучаются возможности стимуляции продуктивности животных воздействием на гипоталамус, где образуются соматолиберин - стимулятор инкреции СТГ. Имеются данные о том, что возбуждение гипоталамуса простагландинами, глюкагоном и некоторыми аминокислотами (аргинином, лизином) стимулирует аппетит и поедаемость корма, что положительно сказывается на метаболизме и продуктивности животных.

Одним из важнейших анаболических гормонов является инсулин. Наибольшее влияние он оказывает на обмен углеводов. Инсулин регулирует синтез гликогена в печени и мышцах. В жировой ткани и печени он стимулирует превращение углеводов в жиры.

Анаболическим действием, особенно в период активного роста, обладают гормоны щитовидной железы. Тиреоидные гормоны - тироксин и трийодтиронин оказывают влияние на интенсивность обмена веществ, дифференцировку и рост тканей. Недостаток этих гормонов сказывается отрицательно на основном обмене. При избытке они обладают катаболическим действием, усиливают расщепление белков, гликогена и окислительное фосфорилирование в митохондриях клеток. С возрастом инкреция тиреоидных гормонов у животных уменьшается, что согласуется с замедлением интенсивности обмена веществ и процессов по мере старения организма. С понижением активности щитовидной железы животные более рационально используют питательные вещества и лучше откармливаются.

Таким же действием обладают андрогены. Они улучшают использование питательных веществ корма, синтез ДНК и белков в мышцах и других тканях, стимулируют процессы метаболизма и рост животных.

На рост и продуктивность животных существенное влияние оказывает кастрация. У некастрированных бычков интенсивность роста, как правило, значительно выше, чем у кастратов. Среднесуточный привес у кастратов на 15- 18% ниже, чем у интактных животных. Кастрация бычков отрицательно влияет и на использование корма. По данным некоторых авторов, бычки-кастраты на 1 кг привеса потребляют кормов и переваримого протеина на 13% больше, чем интактные бычки. В связи с этим в настоящее время кастрацию бычков многие считают нецелесообразной.

Лучшее использование корма и усиление роста животных обеспечивают также эстрогены. Они активируют генный аппарат клеток, стимулируют образование РНК, клеточных белков и ферментов. Эстрогены влияют на обмен белков, жиров, углеводов и минеральных веществ. Малые дозы эстрогенов активируют функцию щитовидной железы и намного увеличивают концентрацию инсулина в крови (до 33%). Под действием эстрогенов в моче возрастает концентрация нейтральных 17-кетостероидов (до 20%), что является подтверждением повышенной инкреции андрогенов, обладающих анаболическим действием и, следовательно, дополняющих ростовой эффект СТГ. Эстрогены обеспечивают преобладающее действие анаболических гормонов. В результате этого осуществляется ретенция азота, стимулируется процесс роста, увеличивается содержание аминокислот и белков в мясе. Некоторым анаболическим действием обладает и прогестерон, повышающий эффективность использования корма, особенно у беременных животных.

Из группы кортикостероидов у животных особо важное значение имеют глюкокортикоиды - гидрокортизон (кортизол), кортизон и кортикостерон, которые участвуют в регуляции всех видов обмена веществ, влияют на рост и дифференцировку тканей и органов, на нервную систему и многие эндокринные железы. Они принимают активное участие в защитных реакциях организма при действии стрессовых факторов. Ряд авторов считает, что животные с повышенной функциональной активностью коры надпочечников растут и развиваются интенсивнее. Молочная продуктивность у таких животных более высокая. При этом важную роль играет не только количество глюкокортикоидов в крови, но и их соотношение, в частности гидрокортизона (более активный гормон) и кортикостерона.

На разных этапах онтогенеза различные анаболические гормоны влияют на рост животных неодинаково. В частности, установлено, что концентрация соматотропина и гормонов щитовидной железы в крови крупного рогатого скота с возрастом уменьшается. Уменьшается также и концентрация инсулина, что свидетельствует о тесной функциональной связи этих гормонов и ослаблении интенсивности анаболических процессов в связи с возрастом животных.

В начальном периоде откорма у животных отмечается усиление роста и анаболических процессов на фоне повышенной инкреции СТГ, инсулина и гормонов щитовидной железы, затем инкреция этих гормонов постепенно уменьшается, наступает ослабление процессов ассимиляции и роста, повышается жироотложение. В конце откорма инкреция инсулина значительно уменьшается, так как функция островков Лангерганса, после ее активации в интенсивный период откорма, угнетается. Поэтому на заключительной стадии откорма использование инсулина для стимуляции мясной продуктивности животных весьма целесообразно. Для стимуляции обмена веществ и мясной продуктивности животных, наряду с гормонами и их аналогами, как установлено Ю. Н. Шамберевым и сотрудниками, важное значение имеют алиментарные факторы - углеводистые и белковые корма, а также отдельные компоненты (масляная кислота, аргинин, лизин, комплексы аминокислот и простейших полипептидов и др.), которые оказывают стимулирующее воздействие на функциональную активность желез и метаболические процессы.

Лактация у животных регулируется нервной системой и гормонами ряда эндокринных желез. В частности, эстрогены стимулируют развитие протоков молочных желез, а прогестерон - их паренхимы. Эстрогены, а также гонадолиберин и тиролиберин усиливают инкрецию пролактина и соматотропина, которые стимулируют лактацию. Пролактин активирует в железах пролиферацию клеток и синтез предшественников молока. Соматотропин стимулирует развитие молочных желез и их секрецию, повышает содержание жира и лактозы в молоке. Своим влиянием на обмен белков, жиров и углеводов стимулирует лактацию также инсулин. Кортикотропин и глюкокортикоиды совместно с соматотропином и пролактином обеспечивают необходимый запас аминокислот для синтеза белков молока. Гормоны щитовидной железы тироксин и трийодтиронин усиливают секрецию молока путем активации ферментов и увеличения в клетках железы содержания нуклеиновых кислот, ЛЖК и молочного жира. Лактация усиливается при соответствующем соотношении и синергическом действии перечисленных гормонов. Их излишнее и малое количество, а также рилизинг-гормон пролактостатин тормозят лактацию.

Многие гормоны оказывают регулирующее влияние на рост шерсти. В частности, тироксин и инсулин усиливают рост шерсти. Соматотропин своим анаболическим действием стимулирует развитие фолликулов и образование шерстных волокон. Пролактин тормозит рост шерсти, особенно у беременных и лактирующих животных. Тормозящее влияние на рост шерсти оказывают некоторые гормоны коры и мозгового вещества надпочечников, в частности, кортизол и адреналин.

Для определения взаимосвязи гормонов и различных видов обмена веществ и продуктивности с учетом возраста, пола, породы, условии кормления и содержания животных, а также для правильного выбора и применения гормональных препаратов с целью стимуляции продуктивности животных, необходимо учитывать состояние их гормонального статуса, так как действие гормонов на процессы метаболизма и рост животных тесно связано с функциональной активностью эндокринных желез и содержанием гормонов. Весьма важным показателем является определение концентрации различных гормонов в крови и других биологических жидкостях.

Как уже отмечалось, одним из основных звеньев гормональной стимуляции роста и продуктивности животных является влияние на частоту митозов клеток, их количество и размеры; В ядрах активируется образование нуклеиновых кислот, что способствует синтезу белков. Под влиянием гормонов усиливается активность соответствующих ферментов и их ингибиторов, охраняющих клетки и их ядра от излишней стимуляции процессов синтеза. Поэтому с помощью гормональных препаратов можно достичь лишь определенной умеренной стимуляции роста и продуктивности в пределах возможных изменений уровня обменных и пластических процессов у каждого вида животных, обусловленных филогенезом и активной адаптацией этих процессов к факторам среды обитания.

Эндокринология уже располагает обширными данными о гормонах и их аналогах, обладающих свойствами стимулирующего влияния на обмен веществ, рост и продуктивность животных (соматотропин, инсулин, тироксин и др.). По мере дальнейшего прогресса наших знаний в этой области и изыскания новых высокоэффективных и практически безвредных эндокринных препаратов, наряду с другими биологически активными веществами, они найдут все более широкое применение в промышленном животноводстве для стимуляции роста, сокращения сроков откорма, повышения молочной, шерстной и других видов продуктивности животных.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .