Нервно-гормональная регуляция обмена веществ
Гормональная регуляция обменных процессов обусловлена деятельностью эндокринной системы. Выделяют три основных вида влияний гормонов на метаболизм: 1) на активность ферментов, 2) на синтез ферментов, 3) на проницаемость мембран (Меньшиков, 1970).
Влияние гормонов на активность ферментов обусловлено их воздействием на структуру молекулы фермента, переводом фермента из неактивной формы в активную и. т. д. При этом гормоны активируют одни ферменты и тормозят действие других.
Влияние гормонов на синтез ферментов осуществляется путем воздействия на генетический аппарат клетки. Так, гормоны коры надпочечников активируют гены ДНК и усиливают синтез РНК, как информационной, так и транспортной. В результате повышается синтез соответствующих ферментов.
Многие гормоны способны активно воздействовать и на проницаемость клеточных мембран и мембран клеточных органелл, в которых осуществляются отдельные фазы обмена веществ. Так, инсулин повышает проницаемость клеточных мембран некоторых тканей по отношению к глюкозе, в результате чего ее поступление в клетки усиливается. Гормон щитовидной железы — тироксин влияет на состояние мембраны митохондрий, гормон коры надпочечников — гидрокортикозона на мембрану лизосом.
Наиболее важная регуляция метаболизма осуществляется нервной системой.Воздействие нервной системы на метаболизм связывают главным образом с деятельностью симпатического отдела нервной системы, с его адаптационно-трофической функцией (Л. А. Орбели). Трофический эффект свойствен и другим нервным волокнам, кроме симпатических. Перерезка нервов приводит к нарушению метаболизма в тканях.
Сущность непосредственного трофического влияния нервной системы на клетки изучена недостаточно. Полагают, что вещества, регулирующие трофику тканей (возможно, продукты метаболизма нуклеиновых кислот), синтезируются в теле нервной клетки и поступают в аксоплазму. Последняя непрерывно передвигается в проксимально-дистальном направлении. Таким путем ток аксоплазмы обеспечивает транспорт их к периферическим органам. Существенная роль в регуляции метаболизма принадлежит медиаторам симпатической нервной системы — норадреналину и ацетилхолину. В метаболизме клетки эти медиаторы влияют на активность ферментов.
Центральная нервная система оказывает свое влияние на обмен веществ. Особая роль принадлежит гипоталамической области головного мозга, в гипоталамусе локализованы ядра и центры, в которых осуществляется анализ состояния внутренней среды организма, формируются управляющие сигналы и посредством эфферентных систем приспосабливают ход метаболизма потребностям организма.
Эфферентными звеньями системы регуляции обмена являются симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы и эндокринная система. Сигналы из гипоталамуса могут доходить до отдельных эндокринных желез чисто нервным путем, главным образом по симпатическим ветвям. Кроме того, в гипоталамусе вырабатываются вещества пептидной структуры (нейрогормоны), стимулирующие функцию передней доли гипофиза, а через нее — ряда эндокринных желез.
Через гипоталамическую область мозга осуществляется и влияние коры больших полушарий мозга на обмен веществ. Таким образом, нервные и эндокринные механизмы функционируют как единая нейрогуморальная система (рис. 25).
| Внешняя среда |
| Органы дыхания Газообмен |
| Желудочно-кишечный тракт Переваривание Всасывание |
| Сосудистая система Перенос О2—СО2, Пища, гормоны Конечные продукты обмена |
| Нервная система Центр обработки информации Ощущения Анализ Передача импульсов |
| Мышечная система Структурная механическая работа |
| Жировая ткань Хранение и выделение «топлива» |
| Эндокринная система Образование медиаторов Трофические стимулирующие гормоны |
| Печень Центр химической обработки Синтез Регуляция Дезинтоксикация |
| Почки Выведение |
| Система размножения |
Рис. 25. Интегрирующие функции нервной, эндокринной и сосудистой систем в метаболизме (по: Андреева и др., 1998)
Регуляция белкового обмена. Влияния центральной нервной системы на процессы синтеза и распада белка осуществляется как прямым путем, так и опосредовано, путем изменения функционального состояния желез внутренней секреции. Мозговая регуляция белкового обмена связана с деятельностью гипоталамической области промежуточного мозга.Удаление коры больших полушарий у животных вызывает понижение интенсивности белкового обмена, особенно синтеза белка. Это доказано в опытах на животных, так у молодых животных резко замедляется рост и накопление массы тела.
Влияние гормонов на белковый обмен довольно разнообразно: одни гормоны стимулируют синтез белка, то есть оказывают анаболическое действие, другие преимущественно активируют процессы распада белка, то есть являются гормонами катаболического действия (рис. 26).
 |
АНАБОЛИЗМ
Cоматотропин
Андрогены
Гормоны щитовидной железы
Инсулин
КАТАБОЛИЗМ
Гормоны коры надпочечников
Гормон щитовиднойжелезы
Рис. 26. Влияние гормонов на обмен белков (по: Држевецкая, 1994)
Соматотропин — гормон, вырабатываемый в передней доле гипофиза, является мощным анаболическим гормоном. В период роста организма он стимулирует рост скелета и увеличение белковой массы всех органов и тканей. На протяжении остальной жизни человека соматотропин обеспечивает процессы синтеза белка, необходимые для нормальной жизнедеятельности.
Инсулин также является гормоном анаболического действия. Он оказывает на белковый обмен как непосредственное влияние, так и опосредовано через углеводный обмен. Непосредственное влияние инсулина на белковый обмен обусловлено тем, что он повышает проницаемость клеточных мембран по отношению к аминокислотам. В результате усиливается переход аминокислот из внеклеточной среды внутрь клетки и тем самым активируется внутриклеточный синтез белка. Кроме того, под влиянием инсулина усиливается потребление глюкозы клетками ряда тканей, в результате чего освобождается значительное количество энергии. Эта энергия частично используется на процессы белкового синтеза.
Гормоны щитовидной железы (тироксин и трийодтиронин)оказывают на белковый обмен различное действие в зависимости от белкового питания, исходного состояния белкового обмена и функции самой щитовидной железы. При нормальном функционировании щитовидной железы гормоны стимулируют синтез белка и благодаря этому активируют рост, развитие и дифференциацию тканей и органов. Наиболее выраженное анаболическое влияние гормоны щитовидной железы оказывают в условиях недостатка белкового питания, тем самым способствуя максимальному использованию поступающих в организм аминокислот. В условиях избыточного белкового питания гормоны щитовидной железы оказывают катаболическое действие, активируя процессы распада белка.
Глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортикостерон) — гормоны коры надпочечников — оказывают на обмен белка выраженное катаболическое действие, причем степень этого действия в разных тканях неодинакова. Наиболее усиленный распад белка под влиянием глюкокортикоидов обнаруживается в лимфоидной, мышечной и соединительной тканях. При этом освобождаются аминокислоты, которые подвергаются дезоминированию. Безазотистый остаток аминокислот превращается затем в глюкозу и гликоген. Таким образом, глюкокортикоиды не только усиливают распад белка ряда тканей, но и активируют гликогенез — новообразование углеводов. Иное действие оказывают глюкокортикоиды на печень. Они активируют процессы синтеза белковых структур в печени, а также происходящий в печени синтез белков плазмы крови.
Кортикотропин влияет на белковый обмен в основном через кору надпочечников, стимулируя биосинтез глюкокортикоидов.
Половые гормоны. Женские половые гормоны (эстрогены) стимулируют синтез белка в тканях женской половой сферы (матка, грудные железы и др.) Мужские половые гормоны (андрогены) также обладают анаболическим действием, но значительно более широким, чем эстрогены. Андрогены усиливают синтез белка не только в мужских половых органах, но и в других тканях. Анаболическое свойство андрогенов имеет практическое значение и используется для создания синтетических препаратов, обладающих выраженным анаболическим влиянием на белковый обмен. Они применяются для стимуляции роста детей, отстающих в физическом развитии.
У детей в регуляции белкового обмена отмечаются существенные изменения. Так, в периоде внутриутробного развития синтез белка активирует гормон плаценты — соматотропин. После рождения усиленный синтез белка продолжается под влиянием собственного соматотропина ребенка. Он стимулирует рост скелета и увеличение массы органов. В связи с этим в здоровом растущем организме азотистый баланс всегда положителен.
Важное анаболическое действие осуществляет инсулин, продукция которого у детей относительно больше, чем у взрослых людей. Инсулин усиливает транспорт аминокислот через цитоплазматические мембраны, а вызываемое им понижение уровня глюкозы в крови стимулирует выделение соматотропина из гипофиза. При недостатке инсулина (сахарном диабете) дети отстают в росте от своих здоровых сверстников.
После начала функционирования гонад анаболическое действие на белковый обмен начинают оказывать половые гормоны. Тестостерон активирует синтез белка в печени, почках, сердце и скелетных мышцах.
Глюкокортикоиды действуют двояко: в лимфоидной, мышечной и соединительной ткани они усиливают распад белка, в результате чего освобождаются аминокислоты для синтеза белка в других тканях, а также углеводов — важнейшего источника энергии.
Регуляция углеводного обмена. Нервная регуляция углеводного обмена осуществляется структурами продолговатого мозга (расположенными в области дна IV желудочка), гипоталамической областью и корой больших полушарий головного мозга. Центральным звеном регуляции углеводного и других видов обмена является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются через вегетативную нервную систему и гуморальным путем, включающим эндокринные железы.
Выраженным влиянием на углеводный обмен обладает инсулин — гормон, вырабатываемый В-клетками островков поджелудочной железы. При введении инсулина уровень глюкозы в крови снижается. Это объясняется тем, что под влиянием инсулина увеличивается потребление сахара клетками тканей, особенно мышечной и жировой. В печени и мышцах усиливается синтез гликогена, а в жировой ткани происходит образование жира из глюкозы. Наряду с этим инсулин тормозит процессы гликогенеза в печени.
Гюкогон — гормон, продуцируемый А-клетками поджелудочной железы. Он активирует гликогенолиз в печени, в результате чего освобождается свободная глюкоза, поступающая затем в кровь. Адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников. Совместно с глюкагоном активирует фосфорилазу печени, тем самым вызывает распад печеночного гликогена. Одновременно усиливает распад гликогена мышц, поэтому после введения адреналина или избыточного его образования увеличивается концетрация и сахара, и молочной кислоты в крови.
Глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечников. Под их действием усиливается глюконеогенез — образование сахара из неуглеводов, что приводит к увеличению уровня глюкозы в крови и содержания гликогена в печени. Соматотропин — гормон гипофиза — уменьшает утилизацию глюкозы периферическими тканями и одновременно усиливает распад жира, доставляя тем самым исходный материал для глюконеогенеза. Гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин, по современным представлениям, в умеренных дозах усиливают всасывание моносахаридов в кишечнике.
Регуляция жирового обмена осуществляется нервной и эндокринной системами, а также тканевыми механизмами и тесно связана с углеводным обменом. Так повышение концентрации глюкозы в крови уменьшает распад триглицеридов и активизирует их синтез. Понижение концентрации глюкозы в крови, наоборот тормозит синтез триглицеридов и усиливает их расщепление.
Таким образом, осуществляется взаимосвязь жирового и углеводного обмена в обеспечении энергетических нужд в организме: при избытке одного из источников энергии (глюкозы) происходит депонирование триглицеридов в жировой ткани, при недостатке углеводов (гипогликемия) триглицериды расщепляются с образованием неэстерифицированных жирных кислот, служащих источником энергии. Указанные процессы находятся под влиянием нервных и эндокринных воздействий. Нервные влияния на жировой обмен контролируются гипоталамусом. Особую роль играют ядра, расположенные в его задней доле.
Так, при разрушении вентромедиальных ядер гипоталамуса развивается длительное повышение аппетита и усиление отложения жира. Разрушение вентролатеральных ядер напротив ведет к потере аппетита и исхуданию.
Имеются данные, свидетельствующие о прямых нервных влияниях на обмен жиров (опыты с перерезкой нервов). Симпатические влияния тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад, а парасимпатические, наоборот, способствуют отложению жира.
Ряд гормонов оказывает влияние на жировой обмен. Так, выраженным жиромобилизующим действием обладают адреналини норадреналин — гормоны мозгового слоя надпочечников. Аналогичным действием обладают соматотропный гормон гипофиза и тироксин — гормон щитовидной железы. Наоборот тормозят мобилизацию жира глюкокортикоиды — гормоны коры надпочечников. Подобное действие оказывает инсулин — гормон поджелудочной железы.