6.2.4. Шишковидное тело

У млекопитающих шишковидное тело (верхний придаток мозга, эпифиз, пинеальная железа) являются частью эпиталамуса. Оно расположено дорсолатеральнее шишковидного углубления стенки III желудочка и на спайке поводков "подвешено" между краниальными холмиками пластинки крыши. От черепа его отделяет затылочный венозный синус. Железа покрыта соединительнотканной оболочкой, внутрь от которой отходят трабекулы, придающие ей дольчатое строение. Клеточный состав железы представлен пинеалоцитами - основными секреторными клетками стромы, опорными клетками, редкими нейронами и нейроглией. Выделяемые железой вещества могут секретироваться в кровь или ликвор III желудочка, оказывая действие на перивентрикулярные ядра гипоталамуса и других структур головного мозга через ликвор и мозговой кровоток. Кроме того, вещества шишковидного тела опосредованно через ЦНС и системный кровоток оказывают действие на периферические органы-мишени, которыми являются многие эндокринные железы.

Значительная роль в регуляции функции шишковидного тела отводится симпатической нервной системе, иннервирующей железу, гипофиз, сосуды, оболочки мозга и т. д. Паравентрикулярные и супрахиазматические ядра гипоталамуса также участвуют в иннервации шишковидного тела. Все эти структуры обладают свето- и магниточувствительностью, олигосинаптически и гормонально они взаимосвязаны друг с другом. Ядра гипоталамуса, активируемые светом, и структуры эпифиза, секреция которого усиливается в темноте, рассматриваются как компоненты экстраокулярной (внеглазной) фотонейроэндокринной системы, контролирующей уровень гормонов в плазме крови и соответствующие функции в зависимости от времени суток и сезона года.

Гормоны шишковидного тела представлены в основном индоламинами, пептидами и белками. Среди индоламинов, производных триптофана, наиболее известны серотонин и мелатонин, которые могут секретироваться и в других тканях и органах. Одним из основных регуляторов их синтеза является норадреналин - медиатор симпатических терминалей и гормон надпочечников.

Выделяясь в ликвор III желудочка, серотонин действует на гипоталамо-гипофизарную систему в условиях стресса, где увеличивает секрецию соматотропина, кортикотропина и пролактина, запускающих защитные реакции организма, и подавляет выход в кровь гонадотропинов и тиреотропина. Серотонин увеличивает секрецию тормозного медиатора ГАМК, что оказывает сомногенный эффект. Помимо того, гормон непосредственно влияет на активацию иммунной системы, облегчая течение воспалительных реакций. Серотонин может соединяться с гемоглобином, препятствуя диссоциации его молекулы под влиянием ультрафиолета.

Второй основной гормон шишковидного тела - мелатонин, также регулирует функции железосодержащего металлопротеина - пигмента меланина. Гормон увеличивает агрегацию меланоцитосом в радужке глаза и эпителии кожи. Таким образом, в темное время года увеличение секреции мелатонина вызывает побледнение кожных покровов, что важно для поддержания определенного уровня синтеза в коже "солнечного" гормона - витамина А. В радужной оболочке глаза эпифизарный и локально синтезируемый в сетчатке мелатонин повышает светочувствительность фоторецепторов. Эти эффекты гормона противоположны действию меланотропина гипофиза, секреция которого растет с увеличением продолжительности светового дня.

Ключевым эффектом мелатонина на гипоталамическом уровне является снижение метаболизма в светочувствительных нейронах супрахиазматических ядер, иннервирующих и активирующих все центры нейроэндокринного гипоталамуса. Это во многом определяет функциональное взаимодействие между эпифизом и гипоталамо-гипофизарной системой. Кроме того, гормон подавляет секрецию гонадолиберина и окситоцина и активирует секрецию соматостатина. Наряду с прямым подавлением синтеза половых стероидных гормонов в гонадах, это приводит соответственно к блоку гаметогенеза и роста, в том числе недифференцированного (онкогенеза). Участие мелатонина в регуляции функций иммунной системы проявляется в активации ее онкостатических функций, а также подавлении первичных проявлений заболеваний, вызванных вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ).

Группа пептидов и белков шишковидного тела регулирует репродуктивные функции посредством контроля секреции гонадотропинов гипофиза и половых стероидов гонад. Гонад отропин, гонад олиберин и антигонадотропины шишковидного тела оказывают на репродуктивную систему реципрокное действие.

Как и комплекс гормонов гипоталамо-гипофизарной системы, гормоны эпифиза оказывают воздействие на метаболизм и процессы роста рядом расположенных структур ЦНС, а также на периферические эндокринные железы. Специфика защитных реакций, запускаемых и регулируемых гормонами шишковидного тела, обусловлена их доминированием в темное время суток и года. Большая скорость кровотока в железе и ее перивентрикулярное расположение, наличие лимбических, обонятельных, гипоталамических, стволовых и симпатических входов, чувствительность к периодическим изменениям магнитного поля и освещенности свидетельствуют о ключевой роли эпифизарных гормонов в суточной и сезонной регуляции функции ЦНС и многих периферических систем организма.

В целом церебральные эндокринные системы - гипоталамо-гипофизарную и эпифиз можно рассматривать как экстраокулярную фотонейроэндокринную систему. Надо заметить, что в сетчатке ганглиозные "выходные" нейроны различаются по организации рецептивных полей. Как остроумно заметил кто-то из исследователей, один тип рецепторного поля ("on-") по центру активируется светом, другой - "засвечивается" темнотой ("off-"). Строго говоря, гипоталамо-гипофизарная система и эпифиз представляют собой аналогичные, но вынесенные за пределы сетчатки структуры. Прямая (для супрахиазматических ядер) и опосредованная (для шишковидного тела) связь с сетчаткой позволяет комплексно оценивать уровень освещенности экстраокулярной системой и локальные перепады интенсивности светового потока. Выход на нейрональные и гормональные эффекты окулярной и экстраокулярных систем мозга позволяет сочетать быстрые и длительные ответные реакции организма в наиболее адаптивном режиме.

6.3. ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ЭНДОКРИННЫЕ ЖЕЛЕЗЫ

Действие гормонов аденогипофиза (см. разд. 6.2) состоит в основном в регуляции выработки гормонов других эндокринных желез, функция которых тесно связана с деятельностью гипоталамо-гипофизарной системы. Тиреотропин аденогипофиза стимулирует выработку тиреоидных гормонов в щитовидной железе, кортикотропин влияет на секрецию глюкокортикоидов корой надпочечника, а гонадотропины приводят к выработке половых гормонов стероидогенной тканью гонад. В коре надпочечника синтезируются также минералокортикоиды (альдостерон), некоторые андрогены, а в мозговом веществе надпочечника - катехоламины.

6.3.1. Щитовидная железа и паращитовидные железы

Щитовидная железа образуется из выпячивания на вентральной стенке глотки между I и II жаберными карманами. Две пары паращитовидных желез имеют сходное происхождение и локализованы на дорсальной поверхности щитовидной железы. Их некоторые гормоны функционально взаимосвязаны. Основной особенностью щитовидной железы, имеющейся у всех позвоночных, является способность эпителия ее фолликулов поглощать йод из окружающей среды и в комбинации с аминокислотой тирозином синтезировать йод-содержащие тиреоидные гормоны: три- и тетрайодтиронины.

У многих представителей беспозвоночных (моллюски, черви и др.) также существуют структуры, способные к синтезу йод-содержащих факторов. У хордовых животных (ланцетник и др.) на вентральной стенке глотки существует желобок, называемый эндостилем. Его клетки наряду с выполнением пищеварительной функции способны поглощать йод и синтезировать тироксин Т4 и трийодтиронин Т3, которые поступают в кишечник, а затем разносятся кровью по всему организму. Следовательно, эндостиль является железой с экзокринной секрецией.

Основной структурной и функциональной единицей щитовидной железы является фолликул (рис. 6.14). Стенка фолликула образована тиреоидным

Рис. 6.14 Фолликулы щитовидной железы крысы при неактивном (А) и активном  (Б) состояниях железы

А - эпителий плоский, фолликулы содержат много коллоида, Б - тиреоидный эпителий высокий, в полости фолликулов мало коллоида.

эпителием, в полости фолликула находится коллоид, в котором образуются тиреоидные гормоны. Фолликулы окружены соединительной тканью с кровеносными сосудами. Щитовидная железа обильно снабжается кровью; по капиллярам поступают компоненты, необходимые для образования гормонов, и выводятся синтезированные гормоны.

У ряда низших позвоночных (круглоротые, костистые рыбы) группы фолликулов лежат разрозненно, и щитовидная железа имеет диффузный характер. В ходе дальнейшей эволюции у других групп рыб и у наземных позвоночных щитовидная железа становится более компактной. У млекопитающих она состоит обычно из двух долей, соединенных перешейком, и локализована в области трахеи. Кроме фолликулов в щитовидной железе млекопитающих обнаружены так называемые парафолликулярные, светлые или С-клетки, вырабатывающие калъцитонин (или тиреокальцитонин). Эти клетки по эмбриональному происхождению отличаются от тиреоидных (тиреоцитов) и у других позвоночных входят в состав ультимобранхиальных телец (зажаберных телец)-скоплений эпителиальных клеток глотки. В связи с этим функции кальцитонина будут рассмотрены отдельно.

Основная особенность клеток щитовидной железы. Это способность щитовидной железы активно извлекать йод из плазмы крови против химического и электрического градиентов, накапливать его и преобразовывать в органически связанный йод и физиологически активные тиреоидные гормоны. Пути биосинтеза тиреоидных гормонов у всех позвоночных сходны. В щитовидной железе под действием тиреотропного гормона вырабатываются два гормона: тетрайодтиронин (тироксин, Т4) и трийодтиронин (Т3). Трийодтиронин вырабатывается в меньших количествах, чем тетрайодтиронин, но значительно превосходит его по активности.

Отличительной особенностью тиреоидных гормонов является содержание йода; Йод поступает в основном с пищей и водой. Т4 содержит четыре атома йода, связанных с тирониновым ядром, Т3 - три атома. Компоненты образования тиреоидных гормонов соединяются с гликопротеином - тиреоглобулином - и поступают в коллоид в полости фолликула. При поступлении в кровь путем протеолиза Т3 и Т4 отщепляются от тиреоглобулина, но в плазме они вновь соединяются с тироксинсвязывающим глобулином и лишь небольшая часть Т3 и Т4 остается в крови в активном состоянии. Степень стимулирующего эффекта тироксина зависит, как правило, от уровня свободного тироксина. Основные данные о синтезе тиреоидных гормонов и их функциях получены в работах с использованием радиоактивного изотопа 131J в качестве метки.

Действие гормонов щитовидной железы. Трийодтиронин и тетрайодтиронин обладают примерно одинаковым действием, но активность Т3 почти в пять раз выше, чем Т4. Эффекты Т4 развиваются через более длительный латентный период; он может превращаться в организме в Т3 путем дейодирования. В связи с этим предполагают, что Т4 может являться прогормоном.

Тиреоидные гормоны имеют широкий спектр действия (табл. 6.4). Их основные эффекты состоят во влиянии на различные обменные процессы, рост и развитие, они участвуют также в адаптивных реакциях (рис. 6.15).

Таблица 6.4

Гормоны, регулирующие энергетический обмен

Гормон

Источник

Химическая

природа

Место действия

Основной эффект

Регуляция секреции

инсулин

Бета-клетки

поджелудочной

железы

Пептид

Все ткани

(кроме нервной)

Повышает поглощение

клетками глюкозы и аминокислот

Стимулируется высокой концентрацией глюкозы и аминокислот, а также глюкагоном; соматостатин

тормозит секрецию

глюкагон

Альфа-клетки

поджелудочной

железы

Пептид

Печень,

жировая

ткань

Стимулирует в печени гликогенолиз и мобилизацию глюкозы, а в жировой ткани -

липолиз

Стимулируется низ

ким содержанием

глюкозы в крови

тироксин

Щитовидная железа

Производное аминокислоты

Большинство клеток,

особенно клетки мышц, сердца,

печени и

почек

Повышает интенсивность метаболизма, термопродукцию; ускоряет рост и развитие; вызывает метаморфоз у

амфибий

Стимулируется тиреотропным гормоном

Норадреналин и адреналин

Хромаффинные

клетки

мозгового

слоя надпочечников

Производные

амино

кислоты

(катехоламины)

Большинство клеток

Усиливают сердечную деятельность, вызыва

ют сужение сосудов,

ускоряют гликолиз,

вызывают гипергликемию и липолиз

Стимулируется симпатической нервной

системой через нервы

внутренних органов

СТГ

Аденогипофиз

Полипептид

Все ткани

Стимулирует синтез

РНК и белка, рост тканей, транспорт глюкозы и аминокислот в клетки, липолиз и образование антител

Стимулируется

выбросом соматолиберина при падении

уровня глюкозы и

повышении концентрации аминокислот,

подавляется соматостатином

глюкокортикоиды

Кора надпочечников

Стероиды

Большинство клеток

Стимулируют мобилизацию аминокислот из

мышц и глюконеогенез в печени, что приводит

к повышению уровня

глюкозы в крови. Обладают противовоспалительным действием

Стимулируется

физиологическим стрессом и биологическими часами при

участии

кортиколиберина и

АКТГ

Рис. 6.15 Связи щитовидной железы у млекопитающих

Фолликул на рисунке щитовидной железы изображен в непропорционально крупном масштабе.

             Наиболее выражено влияние Т3 и Т4 на энергетический обмен. В отсутствие тиреоидных гормонов скорость обменных процессов снижается; при их избытке основной обмен в покое может повышаться почти вдвое по сравнению с нормой. Калоригенный эффект наиболее четко выражен у высших позвоночных и проявляется во всех клетках растущего организма, но особенно в клетках нервной системы.

Гормоны действуют путем индукции синтеза ферментов, Na, К-АТФазы и активации митохондриальных энзимов дыхательного цикла, что увеличивает синтез белка и окисление жиров и углеводов. Таким образом, тиреоидные гормоны действуют на разные стороны обмена веществ. У различных животных четко доказана их роль в регуляции минерального обмена. Так, тироксин способствует сохранению градиента электролитов между вне- и внутриклеточной средой. Показана роль тиреоидных гормонов в обмене кальция и магния.

Действие Т3 и Т4 состоит также в повышении чувствительности тканей к катехоламинам; они усиливают гликогенолитическое и гипергликемическое действие катехоламинов. На ряд процессов тиреоидные гормоны оказывают сенсибилизирующее или пермиссивное действие. Т3 и Т4 участвуют в регуляции выделения глюкокортикоидов надпочечниками, гормона роста аденогипофизом.

Тироксин стимулирует общий рост тела, поэтому его недостаток может привести к карликовости. Роль тиреоидных гормонов наиболее четко прослеживается у молодых животных. Недостаток этих гормонов сопровождается нарушением состояния нервной системы, задержкой роста и развития. У человека при недостатке гормонов в эмбриональный период наблюдается тяжелая умственная отсталость.

При связывании гипофизарного тиреотропина с рецептором базальной мембраны клетки фолликула щитовидной железы активируется транспортер тирозина и йодная помпа. Поступающий в клетку тирозин связывает йод с образованием моно- и дийодтирозинов. Они акцептируют на поверхности молекулы тиреоглобулина. Вместе с коллоидными белками при апокриновой секреции они поступают в полость фолликула, где образуется глобулярная структура тиреоглобулина. Последнее способствует превращению тирозинов в три- и тетрайодтиронины. Затем этот комплекс посредством пиноцитоза захватывается из полости клеткой обратно. При захватывании пиноцитозом тиреоглобулин освобождается от йодсодержащих гормонов. В плазме крови энзимы (дейодиназы) отщепляют йод полностью у тирозинов и частично - у тиронинов, что приводит к преобладанию пула трийодтиронинов. Однако тироксин обладает значительно большей эффективностью. В сосудистом русле тиронины транспортируются связывающими их белками крови, которые синтезируются в печени.

Рецепторы йодтиронинов локализованы внутриклеточно, что обеспечивает гормональные эффекты на уровне хроматина ядра и митохондрий. Гормоны активируют экспрессию генов ряда витаминов, сократительных белков, Na, К-АТФазы и энзимов дыхательного цикла. Через поры этой помпы в клетку транспортируется глюкоза, кислород и некоторые аминокислоты.

Таким образом, йодсодержащие гормоны активируют поступление в клетку субстрата окисления и окислителя, а также стимулируют энзиматически сам процесс дыхания. Это обусловливает участие гормонов в регуляции энергетического обмена, а также энергоемких реакций: митоза и мейоза в процессе гаметогенеза, тонуса скелетных мышц и сократительного термогенеза (дрожи), увеличения силы сердечных сокращений, повышения возбудимости ЦНС и генеза отрицательных эмоций, полового и терморегуляторного поведения, метаморфозов (у низших позвоночных животных и насекомых). Это определяет возникновение при гипо- и гипертиреозах соответствующих психозов, расстройств сна, памяти, внимания, репродукции и двигательной активности.

Тиреоидные гормоны оказывают стимулирующее влияние на процессы метаморфоза, что наиболее четко показано на амфибиях. При помещении головастиков лягушки в воду, не содержащую йода, не осуществляется метаморфоз;

добавление йода или тиреоидных гормонов приводило к осуществлению метаморфоза и развитию организма во взрослые формы.

Тиреоидэктомия сопровождается задержкой развития половых желез, что свидетельствует о необходимости тиреоидных гормонов для нормальной половой функции. Они имеют большое значение при сезонных адаптациях у различных животных. При осуществлении приспособительных изменений в организме тиреоидные гормоны действуют совместно с другими гормонами, прежде всего с глюкокортикоидами.

Регуляция концентрации тиреоидных гормонов. Уровень Т4 и Т3 в крови в нормальных условиях варьирует в очень узких пределах. В ситуациях, которые требуют повышенной концентрации тиреоидных гормонов, их секреция соответственно возрастает.

Секреторная функция щитовидной железы, как и других эндокринных желез, регулируется по принципу отрицательной обратной связи (рис. 6.16). При снижении секреции Т3 и Т4 содержание ТТГ в плазме повышается; напротив, концентрацию ТТГ можно снизить введением Т3 и Т4. В систему регуляции входит также гипофизотропная зона гипоталамуса, где вырабатывается ТРГ, стимулирующий выработку ТТГ гипофизом (рис. 6.7, 6.17, 6.18). Тироксин тормозит секрецию ТТГ и, очевидно, ТРГ. Возможно, что накапливающиеся в щитовидной железе тиреоидные гормоны могут подавлять свое собственное образование и выведение Т4 в кровь. Это может быть одним из аутокринных факторов, регулирующих дальнейший синтез гормона. На секрецию Т3 и Т4 оказывают влияние сигналы от терморецепторов.

Патофизиология. Тиреоидные гормоны играют важную роль в регуляции жизненно важных функций организма, изменение уровня их содержания приводит к тяжелым патологическим состояниям. Давно известный синдром диффузного токсического зоба (болезнь Базедова, болезнь Грейвса) возникает из-за образования (очевидно, в вилочковой железе) длительно действующего стимулятора щитовидной железы, который обладает свойствами ТТГ. Его выделение не тормозится механизмом отрицательной обратной связи, и поэтому он неограниченно стимулирует образование тиреоидных гормонов. Этот стимулятор нарушает иммунологические процессы в организме, в связи с чем болезнь Базедова рассматривают как аутоиммунное заболевание.

Рис. 6.16  Прямые и обратные связи в системе нейроэндокринной регуляции 1 - медленно развивающееся и продолжительное ингибирование секреции гормонов и нейромедиаторов, а также изменение поведения и формирования памяти; 2 - быстро развивающееся, но продолжительное ингибирование; 3 - кратковременное ингибирование.

Рис. 6.17 Регуляция активности эндокринных желез центральной нервной системой при участии гипоталамуса и гипофиза

ТЛ - тиреолиберин; СЛ - соматолиберин; СС - соматостатин; ПЛ - пролактолиберин; ГЛ - гонадолиберин; КЛ - кортиколиберин; ТТГ - тиреотропный гормон; СТГ - соматотропный гормон (гормон роста); ПРЛ - пролактин; ФСГ - фолликулостимулирующий гормон; ЛГ - лютеинизирующий гормон; АКТГ - адренокортикотропный гормон ПС - пролактостатин. Сплошными стрелками обозначены активирующие, пунктирными - ингибирующие влияния.

Рис. 6.18  Регуляция уровня тиреоидных гормонов с включением механизмов влияния через терморецепторы и стресс-факторы

Т3 - трийодтиронин, Т4 - тироксин, ТЛ - тиреолиберин, ТТГ - тиреотропин; сплошными стрелками обозначено прямое, стимулирующее влияние различных факторов, пунктирными - торможение по типу обратной связи.

Предполагают, что стимулятор представляет собой антитело к рецептору ТТГ в аденогипофизе. Избыточная продукция тиреоидных гормонов приводит к активации катаболизма белков, в результате чего и может наступить отрицательный азотистый баланс. При этом происходят также нарушение углеводного обмена, торможение перехода углеводов в жиры, усиление мобилизации жира, нарушение водного и минерального обмена, нарушаются процессы окислительного фосфорилирования. Заболевание сопровождается похуданием, тахикардией, повышенной нервной возбудимостью, часто наблюдается пучеглазие (экзофтальм).

Среди других заболеваний, связанных с увеличением продукции тиреоидных гормонов, часто встречается токсическая аденома щитовидной железы (болезнь Пламмера). В этом случае в щитовидной железе образуется доброкачественная опухоль, автономно продуцирующая повышенные количества тиреоидных гормонов. Теоретически возможен также гипертиреоз, связанный с повышением секреции ТТГ; однако такое заболевание наблюдается крайне редко.

Гипотиреоидное состояние связано с пониженной продукцией тиреоидных гормонов. Для гипотиреоза характерно разрастание ткани щитовидной железы. Это происходит потому, что Т3 и Т4 не включаются в необходимой степени (из-за их малого количества) в цепь регуляции обратной связи. В результате продолжается выработка ТТГ, который и приводит к дальнейшему увеличению щитовидной железы. Нарушение секреции тиреоидных гормонов часто связано с недостаточным количеством йода в окружающей среде (эндемический зоб). Развитие этой формы зоба наблюдается в различных районах земного шара, например, в Альпах. В этих случаях введение йода с пищей предотвращает развитие заболевания.

Другие формы гипотиреоза возникают в связи с генетическими нарушениями синтеза тиреоидных гормонов или вследствие аутоиммунного разрушения железы. Гипотиреоз может наблюдаться также при нарушении секреции ТТГ гипофизом и ТЛ гипоталамусом. Синдром врожденной недостаточности щитовидной железы именуется кретинизмом. Снижение окислительных процессов и понижение синтеза белка приводят к задержке роста у детей. У взрослых недостаточность функции щитовидной железы вызывает умственную и физическую отсталость. При этом происходит нарушение белкового (понижение синтеза и распада белка), углеводного (гипогликемия), водного и минерального обмена, наблюдается брадикардия. Резко выраженная форма гипотериоза называется микседемой (от греч. myxa - слизь - и oedema - отек); она сопровождается тестовидным утолщением кожи, связанным с увеличением объема соединительной ткани и задержкой в ней воды, и отложением муциноподобных веществ.

Многие результаты о действии тиреоидных гормонов получены при по удалении щитовидной железы с замещающей терапией тиреоидными гормонами или ТТГ. Определенное значение в изучении физиологии щитовидной железы имело применение различных антитиреоидных веществ, ингибирующих ее функцию. Важную роль здесь играют также особенности цитоморфологии щитовидной железы, выявляемые на основании гистологического и электронно-микроскопического анализа. Однако в настоящее время наибольшее значение имеют методы радиоиммунологического анализа концентраций Т3, Т4 и ТТГ в плазме. Плодотворным методом является введение радиоактивного изотопа 131J (или 123J) и регистрация его поглощения щитовидной железой с получением "карты" распределения его излучения (радиоизотопное сканирование). Так, в частности, возможно определение функции щитовидной железы при различных состояниях организма. Скорость падения радиоактивности в этом случае служит мерой выделения тиреоидных гормонов.