Патофизиология эндокринной системы
Эндокринная система – гормональное звено в цепи нервно-гуморальной регуляции. Главная задача ее – осуществление жизненно важных функций с момента рождения до окончания жизненного цикла.
Эндокринная система регулирует работу органов, обменные процессы (скорость и характер), а также поддерживает гомеостаз в организме. Изменения гормонального статуса имеют место при всех типах патологии (в том числе неэндокринной системы), поэтому гормоны очень широко применяются в клинике при лечении не только заболеваний эндокринной системы (заместительная, ингибирующая, фармакодинамическая терапия).
Железы внутренней секреции разделяют на 2 группы: железы со смешанной функцией, осуществляющие внутреннюю и внешнюю секрецию (половые железы, поджелудочная железа) и железы, осуществляющие только внутреннюю секрецию (гипофиз, щитовидная железа, околощитовидная железа, надпочечники). Выделяют также гипоталамо-гипофизарную железу внутренней секреции.
Гормоны – это биологически высокоактивные вещества, образующиеся в железах внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на функции удаленных от места их секреции органов и систем организма.
Одна и та же железа внутренней секреции может продуцировать неодинаковые по своему действию гормоны. Так, щитовидная железа продуцирует тироксин и трикальцитонин; поджелудочная железа – инсулин, антагонист инсулина глюкагон, а также соматостатин; надпочечники – глюкокортикоиды и минералокортикоиды. Кроме того, продукция одних и тех же гормонов может осуществляться разными эндокринными железами. Так, половые гормоны могут продуцироваться и половыми железами и надпочечниками, соматостатин – гипоталамусом и Д-клетками панкреатических островков (островков Лангерганса) и т.д.
Синтез гормонов осуществляется не только в железах внутренней секреции, но и в нейроэндокринных клетках (апудоциты) АПУД-системы. Апудоциты встречаются практически во всех жизненно важных органах и играют важную роль в поддержании гомеостаза. Примерно половина общего числа апудоцитов сосредоточена в органах пищеварения. Наряду с секрецией пептидных гормонов нейроэндокринные клетки АПУД-системы продуцируют также биогенные амины, выполняющие функцию как гормона, так и медиаторного нейроамина (дофамин, норадреналин, серотонин). Некоторые гастроинтестинальные гормоны (бомбезин, гастрин, нейротензин, ВИП, субстанция Р, энкефалин, холецистокини, соматостатин), продуцируемые апудоцитами органов пищеварения, обнаруживают также в различных структурах мозга, нервных клетках и окончаниях периферической нервной системы. В связи с этим их относят к группе нейропептидов.
Апудоциты – клетки, секретирующие и обладающие способностью поглощать и вырабатывать биологически активные амины, были включены Пирсом в систему клеток АПУД (Amino and amine Precursor Uptake and Decarboxylation). Алешин Б.К. предложил соответствующее русское наименование этим клеткам – «система ПОДАП» (поглощение и декарбоксилирование аминов и их предшественников). Апудоциты могут быть источником развития эндокринных опухолей (апудом) в различных органах (желудок, легкие, печень, толстый кишечник и др.), с возникновением ряда эндокринных синдромов (Кушинга, Золлингера-Эллисона, Вернера-Моррисона и др.).
По химическому строению гормоны подразделяют на 4 группы: белково-пептидные (гормоны гипофиза, поджелудочной железы, гипоталамуса, АПУД-клеток), гликопротеидные (гормоны щитовидной железы), аминокислотные (катехоламины) и стероидные (кортикостероиды, половые гормоны).
По физическому действию гормоны делят на пусковые и гормоны-исполнители. К пусковым относятся нейрогормоны гипоталамуса и тропные гормоны гипофиза. Пусковые гормоны – активаторы деятельности других желез. Гормоны-исполнители в отличие от пусковых оказывают непосредственное действие на некоторые основные функции организма: рост, обмен веществ, размножение, адаптацию, деятельность и тонус нервной системы.
Гормоны имеют дистантный характер действия, обладают строгой специфичностью, высокой биологической активностью, секретируемостью и длительно сохраняющимся эффектом. Строгая специфичность действия гормонов проявляется в том, что реакции органов и тканей на определенный гормон не могут быть вызваны другими (неспецифичными для этих органов и тканей) гормонами.
Гормоны оказывают свое физиологическое действие в чрезвычайно малых дозах. Например, 1 грамм адреналина может активировать работу 100 млн. изолированных сердец, а 1 грамм эстрадиола вызывает течку у 10 млн. половозрелых мышей. Эффективность биологического действия гормонов обусловлена, с одной стороны, их концентрацией в крови, а с другой – чувствительностью тканей, в которых проявляется их действие.
Благодаря повышенной чувствительности тканей к действию гормонов могут развиваться самые различные эндокринопатии.
Установлено 4 основных типа физиологического действия гормонов на организм:
1. Кинетическое, или пусковое, вызывающее определенную деятельность эффекторов (катехоламины)
2. Метаболическое, вызывающее изменение обмена веществ (инсулин, глюкокортикоиды)
3. Морфогенетическое, или формативное (дифференциация тканей и органов, действие на рост, стимуляция формообразовательного процесса и т.д.) Это гормоны – СТГ, тироксин (трийодтиронин), половые гормоны
4. Эндокринно-генетическое – гормоны гипоталамуса (статины и либерины) и тропные гормоны гипофиза, регулирующие синтез других гормонов (соответственно гипофиза и периферических эндокринных желез).
По скорости проявления физиологического эффекта все гормоны могут быть подразделены на: 1) гормоны быстрого действия (катехоламин, инсулин и др.), и 2) гормоны замедленного действия (глюкокортикоиды, гормоны щитовидной железы, половые гормоны и др.).
Различают следующие звенья в реализации и нарушениях эффекта гормонов:
1) Звено управления и регуляции (гипоталамо-гипофизарное и парагипофизарное);
Регуляция деятельности желез внутренней секреции осуществляется корой головного мозга через образования лимбической системы (гиппокамп, миндалевидный комплекс) и гипоталамо-гипофизарную систему.
Гипоталамус – промежуточное звено, в котором происходит переключение нервных реакций на гуморальные через выделение статинов и либеринов, которые током крови поступают в гипофиз и способствуют выработке в нем соответствующих тропных гормонов. Кроме того, в гипофизе, в его задней доле депонируются гормоны самого гипоталамуса – вазопрессин, окситоцин. Регуляция секреции большинства гормонов периферических эндокринных образований осуществляется по принципу обратной связи («плюс-минус» или «минус-плюс» взаимодействие по Завадовскому). Так, кортиколиберин гипоталамуса приводит к выделению гипофизом АКТГ (передняя доля), который способствует выработке корой надпочечников (в пучковой зоне) глюкокортикоидов. В свою очередь, повышение уровня глюкокортикоидов по принципу обратной связи подавляет дальнейшее выделение кортиколиберина и далее АКТГ. В последующем при снижении уровня глюкокортикоидов в крови происходит активация выброса гипоталамусом либерина и далее АКТГ → усиление биосинтеза кортикостероидов в надпочечниках.
Гипоталамус может осуществлять регуляцию периферических эндокринных желез и парагипофизарно (помимо гипофиза) – непосредственно по вегетативно-нервным путям. В этом случае связь гипоталамуса с различными органами реализуется через медиаторы, которые образуются при раздражении симпатических и блуждающих нервов, иннервирующих железы внутренней секреции и внутренние органы (ацетилхолин и симпатин – смесь адреналина с норадреналином).
Причиной нарушений регуляции деятельности желез внутренней секреции могут быть длительные стрессовые ситуации, эмоциональные переживания с негативной окраской (гнев, ярость, потеря близких, неудовлетворенность бытом, работой и т.д.), а также – травма черепа, нейроинфекции, воспалительные процессы, опухоль головного мозга, нарушения мозгового кровообращения. При этом, в большинстве случаев развивается клиническая картина плюрагландулярной недостаточности, т.е. проявления нарушений деятельности множества эндокринных образований.
2) Звено биосинтеза и секреции (инкреции) гормонов. На этот процесс большое влияние оказывает белковый, электролитный состав крови, алиментарный фактор (скажем, нехватка йода, цинка и др.), лекарственные препараты (ряд сульфаниламидных препаратов тормозит биосинтез глюкокортикоидов и гормонов щитовидной железы и др.); углеводистая пища, пища с повышенным содержанием кальция также тормозит функцию щитовидной железы. Следует также иметь в виду определенные синергические и антагонистические отношения между отдельными гормонами – так, АКТГ наряду с глюкокортикоидами одновременно стимулирует и биосинтез инсулина и др.
Нарушение биосинтеза гормонов в эндокринных образованиях наблюдается: а_ при недостаточности субстратов; б) при гипоксии и в результате нарушения системного или местного кровообращения; в) травматическом повреждении; г) развитии воспалительного или опухолевого процесса в железе; могут также иметь место генетически детерминированные нарушения активности ферментов, участвующих в гормонообразовании (результатом их будет количественное уменьшение образования гормонов или биосинтез гормонов с недостаточной активностью).
3) Звено транспорта и доставки гормонов к исполнительным органам:
а) гормоны всегда доставляются туда, где в них имеется потребность; б) всегда гормоны переносятся в крови в комплексе с белками плазмы. Нарушение этого звена наблюдается при: а) нарушении связи с белками; б) появлении в крови патологических белков с измененными физиологическими свойствами – при патологии белкового обмена (парапротеины и др.); в) чрезмерном упрочении связей гормонов с белками; г) активации протеолитических ферментов в крови (воспаление и т.д.).
4) Механизм действия гормонов;
Существует по крайней мере 3 пути, позволяющих объяснить механизм тканевого действия гормонов:
а) изменение проницаемости клеточных мембран
б) взаимодействие гормонов с ферментами путем образования обратимых связей
в) влияние гормонов на генетическую информацию с последующим изменением синтеза ферментов.
Все гормоны реализуют свой эффект через взаимодействие с соответствующими рецепторами внешней поверхности клеточной мембраны или внутриклеточными рецепторными белками. Эти рецепторы постоянно обновляются, число подвержено колебаниям (сродство к гормону, также и активность). Рецептор и гормон строго специфичны (принцип «ключ к замку»). Вне связи с рецепторами гормоны свои физиологические свойства проявить не могут, также и рецепторы без гормонов неактивны. На процесс связывания гормонов с рецепторами цитоплазматической мембраны большое влияние оказывают катехоламины. В условиях патологии, при гиперпродукции того или иного гормона, наряду с применением антагонистов этих гормонов (естественных или искусственных) большое значение имеет блокирование связи гормонов на уровне рецепторов по типу конкурентного блокирования (в этом случае рецепторы будут заняты неактивным аналогом гормонов и последние не окажут своего эффекта). Большое значение реализации эффекта гормонов после их взаимодействия с рецепторами мембран имеет аденилатциклазный механизм: просходит активация аденилатциклазы или гуанилциклазы → переход АТФ в цитоплазме клетки в медиаторную форму – циклический 3’5’-аденозинмонофосфат (цАМФ). Последнее активирует клеточный фермент протеинкиназу, реализующую действие гормона. В дальнейшем цАМФ разрушается фосфодиэстеразой.
В отличие от аденилциклазного механизма первоначальным тканевым действием стероидных гормонов и гормонов щитовидной железы является их взаимодействие с внутриклеточными рецепторными белками цитоплазмы, а затем, и ядра. В результате образуется матричная РНК--- в цитоплазме активируется на рибосомах синтез белка или белка-фермента.
Механизм тканевого действия гормонов, воздействующих на ферменты ( их количество и качество) через гены заключается в изменении интенсивности или активности ферментов, которые далее реализуют действие гормонов на клетку.
5) Метаболизм гормонов.
После осуществления тканевого действия гормоны либо инактивируются, либо выделяются с мочой в неизмененном виде. Инактивация гормонов происходит в основном в печени путем связывания с глюкуроновой кислотой или серной кислотой либо в результате воздействия ферментов. В этой связи при патологии печени из-за нарушения процессов инактивации гормонов возможно проявление относительной гиперфункции той или иной эндокринной железы.
В отличие от действия гормонов, для которых характерны дистантность, генерализованность и пролонгированность, медиаторы действуют более локально и ограничены во времени. Нарушение гормонообразовательной деятельности эндокринных желез (изменение скорости секреции тропных гормонов, повышение или понижение функции периферических эндокринных желез и т.д., а также уменьшение количества рецепторов или изменения их чувствительности к данному гормону) приводит в конечном итоге к развитию эндокринных заболеваний. Нарушение гормонообразующей деятельности периферических эндокринных желез может быть первичным или вторичным (вторичное – изменение скорости секреции тропных гормонов, вызывающее усиление или ослабление функции соответствующих эндокринных желез). Функция эндокринных желез тесно связана с деятельностью не только эндокринной системы, но и внутренних органов, органов чувств, половой сферы и т.д. При поражении эндокринных желез возникают изменения и в органах и системах организма. Это дает основание рассматривать любое эндокринное заболевание как болезнь всего организма.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ
1. Роль эндокринной системы в регуляции функций органов и систем организма.
2. Общая характеристика функционирования эндокринной системы
3. Свойства гормонов и их классификация
4. Понятие об эндокринных образованиях – «пусковых» («командных») и «исполнителях».
5. Гипофизарный и парагипофизарный пути регуляции деятельности периферических эндокринных желез.
6. Принцип обратной связи в регуляции деятельности эндокринных желез.
7. Нарушения биосинтеза гормонов. Причины и механизмы.
8. Причины и механизмы нарушения транспорта гормонов.
9. Механизмы действия гормонов и их нарушения.
10. Причины нарушения метаболизма гормонов.
11. Понятие об АПУД-системе.
12. Взаимосвязь нервной и эндокринной систем.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Китаев-Смык Л.А. Психология стресса. М.: Наука,1983, 368 с.
2. Кокс Т. Стресс /пер.с англ./ М., Медицина, 1981,213 с.
3. Меерсон Ф.З. Патогенез и предупреждение стрессовых и ишемических повреждений сердца. М, ,Медицина, 1984, 269 с.
4. Панин Л.Е. Биохимические механизмы стресса. Новосибирск, Наука, 1983.
5. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. Пер. с англ. Москва, 1960, 254с.
6. Селье Г. Стресс без дистресса. Пер. с англ., Прогресс, 1979, 124 с.
7. Судаков К. В. Системные механизмы эмоционального стресса. М., Медицина,1981,230 с.
8. Эндокринология и метаболизм. Под ред. Ф. Фелига и др. Пер. с англ. М., Медицина, 1985, т. т. 1, 2.
9. Адо А.Д., Новицкий В.В. Патологическая физиология. Томск, 1994, с.465.
10. Адо А.Д. Патологическая физиология. Москва. Триада-Х. 2000, с. 574.
11. Воложин А.И., Порядин Г.В. Патологическая физиология. Учебник. Т.I. М. «Медицина», 1998.
12. Држевецкая И.А. Основные физиологии обмена веществ и эндокринной системы. Изд. «Высшая школа», М., 1983.
13. Литвицкий П.Ф. Патофизиология. Курс лекций, М.Медицина, 1995, с.642.
14. Литвицкий П.Ф. Патофизиология. Учебник. ГЕОТАР, 2002, с.751.
15. Теппермен Дж., Теппермен Х. Физиология обмена веществ и эндокринной системы. М., Мир. 1989.
16. Топарская В.Н. Физиология и патология углеводного, липидного и белкового обмена. М., Медицина, 1970.
17. Фролов В.А. и др. Учебник патологическая физиология. Москва., Экономика. 1999.
18. Шанин В.Ю. Клиническая патофизиология. Учебник. Санкт-Петербург, 1998.