Особенности гормональной регуляции функций

Регуляция функций в организме человека осуществляется нервным и гуморальным путем. Нервная регуляция обусловлена скоростью проведения нервного импульса, гуморальная — скоростью движения крови по сосудам или скоростью диффузии молекул химических ве­ществ в межклеточную жидкость. Нервная регуляция более быстрая, поэтому она является ведущей в организме, но и у нее есть свои не­достатки. Нервный импульс приводит лишь к кратковременному из­менению поляризации мембраны клетки. Для долговременного воз­действия нервные импульсы должны поступать один за другим, что приводит к утомлению нервных центров, в результате чего нервное влияние ослабевает. При гуморальном воздействии информация по­ступает ко всем клеткам, хотя воспринимается лишь той клеткой, кото­рая имеет специализированный рецептор. Информационная молеку­ла, достигнув такой клетки, прикрепляется к ее мембране, изменяет ее свойства и остается там до тех пор, пока не достигается ожидаемый результат, после чего специальные механизмы разрушают эту молеку­лу. Таким образом, если управляющее влияние должно быть срочным и кратковременным — преимущество за нервной регуляцией, а если продолжительным — за гуморальной. Поэтому в организме существу­ют и нервный, и гуморальный способы регуляции, которые действу­ют согласованно в зависимости от условий.

Среди биологически активных веществ для физиологической ре­гуляции функций организма наиболее важны медиаторы, гормоны, ферменты и витамины. Медиаторы представлены веществами небел­ковой природы, которые выделяются окончаниями нервных клеток в результате прохождения нервного импульса. Чаще всего в качестве медиатора выступают ацетилхолин, адреналин, норадреналин, дофа­мин и гамма-аминомасляная кислота. После прекращения действия

медиатор разрушается специальным ферментом. Истощение запасов медиатора в пресинаптической мембране может служить причиной нарушения проведения нервного импульса. Гормоны представляют собой высокомолекулярные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции для управления активностью других гормонов и систем органов. Гормоны могут быть двух типов: прямого действия и тропными. Гормоны прямого действия непосредственно воздейст­вуют на соматические клетки, изменяя их метаболизм и функцио­нальную активность. Тропные гормоны воздействуют на железы внутренней секреции, ускоряя или замедляя выработку собственных гормонов, которые уже в свою очередь действуют на соматические клетки. Ферменты — это вещества, влияющие на скорость биохими­ческих реакций внутри клетки и в полостях тела. Витамины непо­средственно воздействуют на метаболические процессы клетки.

В последнее время открыты новые классы веществ, которые обла­дают высокой биологической активностью и участвуют в регуляции физиологических функций и поведения человека. Например, эндор- фины, выполняющие функции внутреннего наркотика для создания ощущения радости и удовлетворенности при психических пережива­ниях и активной деятельности (занятиях спортом), феромоны, обла­дающие сильным ароматом и играющие важную роль в межличност­ном общении и половом поведении.

Многие органы, не будучи железами внутренней секреции, имеют в своем составе железистые клетки, которые продуцируют небольшое количество гормонов, влияющих на самочувствие. Такие гормоны вырабатываются в почках, желудке, сердце и других органах. Еще один класс биологически активных веществ, вырабатываемых не­железистыми клетками большинства органов, — тканевые гормоны, которые в отличие от истинных гормонов выделяются не в кровь, а в межклеточную жидкость. Эти вещества передают соседним клет­кам и тканям информацию о состоянии клеток, в которых они синте­зируются. Такой взаимный обмен информацией между клетками и тканями позволяет им согласовывать метаболическую активность и поддерживать гомеостаз.

Действие биологически активных веществ на клетки и ткани зави­сит от их химической природы. Тиреоидные гормоны легко проника­ют через клеточную мембрану и направляются в ядро, где включаются в регуляцию активности генов. Стероидные гормоны тоже проника­ют через мембрану, но благодаря взаимодействию с мембранными

рецепторами. Катехоламины внутрь клетки не проникают, а химиче­ски связываются с мембранными рецепторами. Многие гормоны яв­ляются крупными белковыми молекулами, которые не могут проник­нуть внутрь клетки. Они прикрепляются к клеточным мембранам, изменяют их проницаемость и таким образом влияют на внутрикле­точный метаболизм. Витамины в большинстве случаев являются мо­лекулами небольших размеров, проникают через клеточную мембрану и встраиваются во внутриклеточные биохимические процессы. Фер­менты, как многие гормоны, не способны проникать внутрь клетки, они циркулируют в крови или в межклеточной жидкости, где и оказы­вают свое каталитическое действие.

Молекулы биологически активных веществ имеют определенный срок жизни, после которого утилизируются. Крупные информацион­ные макромолекулы существуют от нескольких минут до нескольких часов, молекулы средних размеров — в течение суток, а мелкие моле­кулы — в течение нескольких суток.

Биологически активные вещества влияют не на все клетки, а только на клетки-мишени, на мембранах которых есть специальные активные места — рецепторы. Последние механически и химически приспособ­лены для соединения и удержания молекулы гормона. Если рецепто­ры отсутствуют, гормон не может прикрепиться к мембране и никакого действия на метаболизм клетки не оказывает.

Скорость образования гормонов обусловлена влиянием нервных центров, управляющих соответствующей железой, и других желез внут­ренней секреции. Секреция гормонов зависит также от возраста. Напри­мер, гипофиз вырабатывает гормон роста в наибольшем количестве у детей в период интенсивного роста костей. По скорости продукции гормоны делятся на две группы: долговременные и адаптивные, или гормоны быстрого реагирования. Продукция гормонов первой груп­пы меняется плавно и подолгу остается на одном уровне. Эти гормо­ны определяют уровень метаболизма в долговременном плане (гор­мон роста, тироксин, паратгормон, половые железы). Адаптивные гормоны выбрасываются в кровь в результате резкого изменения си­туации в течение нескольких минут или секунд (адреналин).

Кроме изменения скорости продукции гормона в организме меня­ется и чувствительность органов-мишеней. Чем больше количество активных мест на мембране клетки для прикрепления молекул гормо­на, тем выше чувствительность данной ткани к гормону. Иногда уро­вень гормона в крови высок, но чувствительность органов-мишеней низкая и реальное физиологическое действие гормона не проявляет­ся. Например, у детей первого года жизни содержание половых гор­монов высокое, но клетки половых желез еще не приспособлены к взаимодействию с молекулами гормонов, поэтому процесс полово­го созревания не происходит.

Нервная и гуморальная системы регуляции объединяются в голов­ном мозге на уровне гипоталамуса — образования, которое является и нервной мозговой структурой, и эндокринной железой. Его нервные клетки соединены с центрами головного мозга, управляющими дея­тельностью всех внутренних органов. Но эти же клетки вырабатывают биологически активные вещества гормонального типа — нейропепти- ды — для регуляции активности гипофиза, называемые рилизинг-факто- рами, или либеринами. При их поступлении в гипофиз его железистые клетки выбрасывают накопленные ими гормоны в кровяное русло, и механизм эндокринной регуляции начинает действовать. Кроме того, в гипоталамусе вырабатываются статины — вещества, тормозящие высвобождение гормонов клетками гипофиза. Секреторные клетки гипофиза лишены собственной иннервации, поэтому его активность регулируется только с помощью химических веществ гипоталамуса.

В настоящее время установлено, что нервные клетки во многих от­делах головного мозга, а не только гипоталамуса, способны выраба­тывать нейропептиды. Среди последних были обнаружены и давно известные гормоны и неизвестные вещества, например эндорфины и энкефалины, влияющие на активность нервных центров и форми­рующие настроение человека. Кроме того, было установлено, что в каждой ткани есть клетки, выполняющие гормональные функции. Они выбрасывают гормоны, необходимые для регуляции процессов, происходящих в этих же тканях. В результате была сформулирована концепция диффузной нейроэндокринной системы. Ее смысл состо­ит в том, что одни и те же вещества — нейропептиды или гормоны — могут вырабатываться как железистыми, так и нервными клетками. Такая двойная продукция гормонов обеспечивает двойной контроль и совмещение нервного и гуморального воздействия.