Регуляция секреции гармонов

Одной из важнейщих областей ЦНС, координирующей и контролирующей функции эндокринных желез, является гипоталамус, где локализуются нейросекреторные ядра и центры, принимающие участие в регуляции синтеза и секреции гормонов аденогипофиза. Гипоталамус – область головного мозга, расположенная между перекрестом зрительных нервов, зрительным трактом, внутренним краем ножки головного мозга и сосковидными телами. Гипоталамическая бороздка, идущая от сильвиева водопровода до монроева отверстия, отделяет гипоталамус от зрительного бугра. В гипоталамусе различают три больших зоны: перивентрикулярную, медиальную и латеральную. В свою очередь каждая зона состоит из нескольких ядер. Так, в перивентрикулярной зоне различают одну область и 6 ядер: преоптическую перивентрикулярную область, переднее перивентрикулярное ядро, супрахиазматическое ядро, дорсомедиальное ядро, туберальное магноцеллюлярное ядро, аркуатное или дугообразное ядро (иногда называется инфундибулярным ядром), паравентрикулярно-перивентрикулярное ядро. В срединной зоне гипоталамуса различают медиальную преоптическую область, медиальное преоптическое ядро, переднюю гипоталамическую область, паравентрикулярное ядро, вентромедиальное ядро, перифорникальное ядро, заднюю гипоталамическую область и медиальное мамиллярное (сосочковое) ядро. К латеральной зоне относят латеральную преоптическую область, латеральную гипоталамическую область и супраоптическое ядро.

Экспериментальные исследования с выключением (разрушением) отдельных структур гипоталамуса и нарушением его нервных связей с другими отделами головного мозга позволили установить, что нервный контроль передней доли гипофиза осуществляется двумя механизмами (уровнями регуляции).

Первый уровень регуляции реализует так называемая гипофизотропная область гипоталамуса, которая контролирует исходную (базальную) секрецию передней доли гипофиза и нейрогипофизарную секрецию. Второй, более высокий уровень обеспечивается другими гипоталамическими и внегипоталамическими областями мозга (гиппокамп, передний таламус, средний мозг и др.), которые принимают участие в стимуляции или угнетении функции гипофиза. Внегипоталамические структуры мозга осуществляют важный нейроэндокринный контроль деятельности гипофиза и ответственны за суточный ритм секреции гормонов. Средний мозг, гиппокамп и переднемедиальное таламическое ядро участвуют в регуляции секреции АКТГ, гонадотропинов, пролактина, гормона роста. Кроме того, в гипоталамус проецируются также восходящие афферентные и прямые связи из сетчатого образования и среднего мозга, где локализуются дофаминергические и другие клетки, секретирующие различные моноамины.

Гипоталамус имеет богатую сеть кровеносных сосудов, которые в области срединного возвышения образуют портальную систему. Наиболее васкуляризированы супраоптическое и паравентрикулярное ядра. Гистологически область срединного возвышения представляет зону контактов, содержащую окончания многочисленных нейронов, локализованных в перечисленных ядрах гипоталамуса, по которым продукты секрета этих нейронов (гипофизотропные гормоны) достигают капилляров воротной (портальной) системы гипофиза. Венозные капилляры портальной системы имеют специальные отверстия (шунты), создающие возможность перехода соединений с достаточной молекулярной массой из крови в периваскулярные пространства срединного возвышения.

Гипоталамус, таким образом, является областью, трасформирующей информацию, поступающую по нервным путям из вышележащих отделов нервной системы, посредством изменения уровня нейротрансмиттеров (нейромедиаторов), к которым относятся различные моноамины: адреналин, норадреналин, дофамин, серотонин, ацетилхолин, g-аминомасляная кислота. Стрессовые ситуации и другие факторы приводят к изменению содержания, скорости синтеза и высвобождения моноаминов в гипоталамусе, которые в свою очередь изменяют скорость секреции гипоталамических и гипофизотропных гормонов, что и приводит к соответствующему изменению функциональной активности передней доли гипофиза.

Считается, что нейротрасмиттеры (моноамины) регулируют деятельность гипофиза посредством нескольких механизмов: а) участие в синаптической передаче информации, поступающей из лимбической системы мозга, на нейрон, продуцирующий гипофизотропные гормоны (пептиды); б) действие на мембрану гипоталамического нейрона и процесс высвобождения гипофизотропного гормона; в) изменение функциональной активности аксона гипоталамического нейрона в области капилляров портальной (воротной) системы гипофиза с модификацией транспорта гипофизотропного гормона в кровь; г) влияние на клетки передней доли гипофиза с увеличением или угнетением их секреторной активности или модификацией их ответа на действие гипофизотропных гормонов.

Таким образом, гипоталамус является местом, где нервные и эндокринные клетки взаимодействуют друг с другом, осуществляя быструю и высокоэффективную передачу информации, необходимой для быстрого ответа со стороны органа, систем и организма в целом с целью обепечения жизнедеятельности организма. Передача информации от клетки к клетке осуществляется химическими мессенджерами (гормоны и моноамины) и электрической активностью. Межклеточные взаимодействия, как показали исследования последних лет, могут осуществляться следующими механизмами: синаптической передачей мессенджера; гормональным механизмом посредством циркулирующих гормонов; паракринным механизмом, т.е. без поступления гормона в кровь, а только в межклеточную жидкость; аутокринным механизмом, т.е. выходом гормона из клетки в межклеточную жидкость и взаимодействие этого гормона с мембранными рецепторами, расположенными на той же клетке. Показано, что норадреналин, соматостатин, дофамин, гонадолиберин, окситоцин, вазопрессин могут выступать в качестве гормонов и секретироваться эндокринными клетками или нейронами, а также выявляться в синапсах нервных клеток и выполнять роль нейротрансмиттеров. Другая группа гормонов – глюкагон, энкефалины, холецистокинин, производные проопиомеланокортина секретируются эндокринными клетками, выполняя гормональную функцию, а также, локализуясь в нервных окончаниях, оказывают нейротрансмиттерное действие. Причем эти два свойства выявляются и у других гормонов аденогипофиза. Тиролиберин и ВИП секретируются нейронами, но выполняют гормональную функцию, а в нервных окончаниях оказывают явное нейротрансмиттерное действие.

Влияние ЦНС на функцию гипоталамуса осуществляется не только указанными выше нервными механизмами, но также путем транспорта спинномозговой жидкостью различных гормонов, нейротрансмиттеров и других веществ (эндорфины, энкефалины, вещество Р), вырабатывающихся в различных областях ЦНС и эпифизе. В эпифизе образуются мелатонин и ряд других индолов и полипептидов, модулирующих функцию надпочечников, щитовидной и половых желез. Гормоны эпифиза высвобождаются в спинномозговую жидкость или общий кровоток и действуют различными путями. Так, мелатонин концентрируется в гипоталамусе и среднем мозге и влияет на секрецию гипофизотропных гормонов, изменяя содержание моноаминов и нейромедиаторов. Другие полипептиды эпифиза действуют на образование гипофизотропных пептидов непосредственно.

Необходимо отметить, что, помимо нейромедиаторов, в механизмах высвобождения гипофизотропных гормонов принимают обязательное участие ионы К+ и Са2+, простагландины, цАМФ и другие вещества.

Принцип обратной связи в регуляции гормонов

Отечественный ученый М.М. Завадовский, изучая закономерности в регуляции деятельности эндокринных желез, впервые в 1933 г. сформулировал принцип “плюс-минус взаимодействие”, получивший в дальнейшем название “принцип обратной связи”.

Под обратной связью подразумевается система, в которой конечный продукт деятельности этой системы (например, гормон, нейротрансмиттер и другие вещества) модифицирует или видоизменяет функцию компонентов, составляющих систему, направленную на изменение количества конечного продукта (гормона) или активности системы. Жизнедеятельность всего организма является следствием функционирования многочисленных саморегулируемых систем (выделительная, сердечно-сосудистая, пищеварительная, дыхательная и др.), находящихся в свою очередь под контролем нейроэндокринно-иммунной системы. Все перечисленное представляет, таким образом, комплекс различных саморегулируемых систем, находящихся в определенной степени зависимости и “подчиненности”. Конечный результат или активность системы может модифицироваться двумя путями, а именно путем стимуляции для увеличения количества конечного продукта (гормона) или повышения активности эффекта, или путем угнетения (ингибирования) системы с целью уменьшения количества конечного продукта или активности. Первый путь модифицирования называется положительной, а второй – отрицательной обратной связью. Примером положительной обратной связи является повышение уровня гормона в крови, стимулирующее высвобождение другого гормона (повышение уровня эстрадиола в крови вызывает высвобождение ЛГ в гипофизе), а отрицательной обратной связи, когда повышенный уровень одного гормона угнетает секрецию и высвобождение другого (повышение концентрации тироидных гормонов в крови снижает секрецию ТТГ в гипофизе).

Гипоталамо-гипофизарная регуляция осуществляется механизмами, функционирующими по принципу обратной связи, в которых четко выделяются различные уровни взаимодействия

Под “длинной” цепью обратной связи подразумевается взаимодействие периферической эндокринной железы с гипофизарными и гипоталамическими центрами (не исключено, что и с супрагипоталамическими и другими областями ЦНС) посредством влияния на указанные центры изменяющейся концентрации гормонов в циркулирующей крови.

Под “короткой” цепью обратной связи понимают такое взаимодействие, когда повышение гипофизарного тропного гормона (например, АКТГ) модулирует и модифицирует секрецию и высвобождение гипофизотропного гормона (в данном случае кортиколиберина).

“Ультракороткая” цепь обратной связи – вид взаимодействия в пределах гипоталамуса, когда высвобождение одного гипофизотропного гормона влияет на процессы секреции и высвобождения другого гипофизотропного гормона. Этот вид обратной связи имеет место в любой эндокринной железе. Так, высвобождение окситоцина или вазопрессина через аксоны этих нейронов и посредством межклеточных взаимодействий (от клетки к клетке) модифицирует активность нейронов, продуцирующих эти гормоны. Другой пример, высвобождение пролактина и его диффузия в межваскулярные пространства приводит к влиянию на соседние лактотрофы с последующим угнетением секреции пролактина.

“Длинная” и “короткая” цепи обратной связи функционируют как системы “закрытого” типа, т.е. являются саморегулирующими системами. Однако они отвечают на внутренние и внешние сигналы, изменяя на короткое время принцип саморегуляции (например, при стрессе и др.). Наряду с этим на указанные системы влияют механизмы, поддерживающие биологический циркадный ритм, связанный со сменой дня и ночи. Циркадный ритм представляет собой компонент системы, регулирующий гомеостаз организма и позволяющий адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды. Информация о ритме день-ночь передается в ЦНС с сетчатки глаза на супрахиазматические ядра, которые вместе с эпифизом образуют центральный циркадный механизм – ”биологические часы”. Помимо механизма день-ночь, в деятельности этих “часов” принимают участие другие регуляторы (изменение температуры тела, состояние отдыха, сна и др.).

Супрахиазматическим ядрам принадлежит интегрирующая роль в поддержании биологических ритмов. Около 80% клеток супрахиазматических ядер возбуждается при действии ацетилхолина. Попытки изменить ритм деятельности ядер инфузией большого количества серотонина, дофамина, тиролиберина, вещества Р, глицина или g-аминомасляной кислоты оказались неэффективными. Однако в этой области обнаружены некоторые гормоны (вазопрессин, гонадолиберин, вещество Р), которые, несомненно, каким-то образом участвуют в механизмах поддержания биологических ритмов.

Секреция многих гормонов (АКТГ, СТГ, глюкокортикоиды и др.) подвержена на протяжении суток значительным колебаниям. На рис. 3 представлен суточный ритм секреции СТГ. Изучение циркадной секреции гормонов имеет большое клиническое значение, так как при некоторых заболеваниях (акромегалия, болезнь Иценко – Кушинга) нарушение суточного ритма секреции гормонов является важным дифференциально-диагностическим признаком, который используется в дифференциации синдромно сходной патологии.