Любой живой организм живет в условиях, которые очень редко полностью благоприятны для него. Несмотря на это, организм сохраняет обязательное для жизни состояние устойчивого неравновесия и поддерживает в допустимых пределах постоянство своей внутренней среды (гомеостаз). Это возможно только благодаря регулируемости – одному из обязательных свойств жизни.
Гормоны в широком смысле – это специализированные и мобильные межклеточные регуляторы рецепторного действия.
Уже одноклеточные организмы обладают достаточно эффективной системой регуляции: они контролируют синтез своих нуклеиновых кислот и белков, активность ферментов и другие функции. Но возникновение многоклеточности намного усложнило задачу: организм стал "государством клеток" (Вирхов). В нем, как во всяком государстве отдельные элементы (клетки) должны быть объединены в единое целое (интеграция) и все должно решаться в интересах организма (координация). Эти задачи и выполняют регуляторные системы организма. Очевидно, что чем сложнее организм, тем эти системы должны быть совершеннее. Важность регуляторных систем подчеркивается тем, что в трудных условиях и, особенно, при опасности для жизни именно эти системы обеспечиваются всем необходимым: при падении кровяного давления они в первую очередь получают кровь, при голодании рано распадаются белки мышц и плазмы крови, но сберегаются белки жизненно важных органов (головной мозг, сердце).
Если же одна из клеток не подчиняется регуляторным сигналам, то в начале она выигрывает: быстро делится, энергично перехватывает питательные вещества, но так возникает злокачественная опухоль.
Это может закончиться гибелью организма и, вместе с ним, и опухолевой клетки.
Традиционно различают две регуляторные системы: нервную и эндокринную.
Нервная система наиболее важна для общения организма с окружающей средой, но внутреннюю среду она регулирует лишь частично, а гормоны – полностью.
Роль головного мозга переоценить трудно, но есть большие сферы жизнедеятельности, не имеющие прямого нервного контроля. Это синтез нуклеиновых кислот и белка, деление и дифференцировка клеток, клеточный шок, злокачественная трансформация, апоптоз, водно-минеральный обмен и кислотно-основной баланс. В то же время все они регулируются гормонами. Гормоны обеспечивают не только нормальные регуляции. Они необходимы для реакций на любые неблагоприятные факторы. У млекопитающих они чаще всего вызывают стресс (стратегию резистентности), характеризуемую распадом всех основных полимеров, окислением всех метаболитов из-за активации митохондрий и максимизацией физиологических функций. Однако существует и другая важная стратегия – толерантная, характеризуемая гипометаболизмом, гипотермией и минимизацией функций, еще более резко повышающая устойчивость организма. Эта стратегия реализуется аденозином, ГАМК, КА (через альфа2-адренорецепторы) и другими ингибиторными нейротрансмиттерами.
Любая система работает только в том случае, если срабатывают и прямые, и обратные связи.
Прямая связь обеспечивается гормоном, обратная связь – как гормоном, так и продуктом реакции. При нарушении механизмов регуляции, обусловленных прерыванием нормальных обратных связей, возникают гормональные и метаболические заболевания.
Обратная связь – это передача управляющему механизму (на вход системы) информации о том, что делается в управляемом элементе (на выходе). Положительные обратные связи используются не часто – тогда, когда важно эффективное и быстрое включение системы. Так, НА и кортиколиберин, исходные гормоны двух основных стрессовых систем, активируют освобождение друг друга.
Малые дозы эстрадиола стимулируют систему гонадолиберин – ЛГ, что увеличивает секрецию эстрадиола фолликулами яичника. Этот феномен развивается во время пубертации и характерен для зрелой женщины. Гораздо распространеннее и важнее отрицательные обратные связи – как внутри -, так и межсистемные.
Для всех систем либерин – тропин – периферический гормон характерно ингибирование последним (ЙТ, ГКС, тестостероном, большими дозами эстрадиола) данной системы на уровнях гипоталамуса и гипофиза. КА через альфа2-адренорецепторы пресинаптического нейрона ингибируют освобождение НА в синапс.
Это – внутрисистемные отрицательные обратные связи, обеспечивающие самоограничение секреции гормона.
Межсистемные отрицательные обратные связи могут замыкаться как гормоном, так и вызванным им сдвигом. При адреналиновой гипергликемии секреция инсулина увеличивается в результате стимуляции бета-клеток островков Лангерганса как адреналином (через β2-АР), так и глюкозой; кроме того снижается секреция ГГ.
Любая гиперкальциемия уменьшает секрецию паратирина и образование кальцитриола; гипотензия стимулирует выделение НА, АТ, альдостерона. Для гормональной регуляции характерны следующие особенности.
1. Целесообразность. Любая регуляция возникает в процессе эволюции и поэтому чаще является полезной. Однако увеличение секреции ГКС необходимо при стрессе, но при ее избыточности повреждается слизистая желудка и подавляется иммунитет. Длительное перепроизводство КА, АТ II и альдостерона вызывает ремоделирование сосудов и сердца (структурно-функциональные изменения), что превращает временные гипертензивные реакции в устойчивую эссенциальную гипертонию.
2. Обратимость действия гормона (временность реакции на него) важна для готовности в любой момент реагировать на любую новую ситуацию, отличающуюся от предыдущей, для предупреждения опасной или длительно избыточной функции гормональных систем.
При ишемическом инсульте чрезмерное освобождение глутамата и его действие на соседние нейроны повреждает их в результате избыточного входа Са2+ , а также накопления NO• .
Слишком сильная и слишком длительная секреция адреналина вызывает переход обратимого шока в необратимый, а экстремальный выброс огромных количеств может привести к быстрой смерти от отека легких. Обратимость действия гормонов обеспечивается не только дозированным освобождением, отрицательными обратными связями, но и ферментативным метаболизмом гормонов, обратным захватом пресинаптическим нейроном с последующим переносом в везикулы. Все эти механизмы приводят к инактивации гормонов, ослабляющей или прекращающей их действие.
3. Множественность регуляций проявляется в одинаковом конечном эффекте целой группы гормонов. Например, гипергликемические гормоны (ГГ, А, ГКС, СТГ), липолитические (КА, лептин, ЙТ, АКТГ), гиперхолестеринемические и/или способствующие атеросклерозу (КА, ГГ, андрогены, АТ, тромбоксаны), большинство ФРК увеличивает пролиферацию клеток, ДА и опиоиды вызывают удовольствие (эмоциональное вознаграждение)
4. Дуализм регуляций (двойственность) характерен для гормона, который в разных условиях и через разные механизмы проявляет прямо противоположные эффекты.
Адреналин как суживает, так и расширяет сосуды: первое обычно проявляется в брюшной полости и коже, второе – в скелетных мышцах. ЙТ в больших дозах увеличивают катаболизм белков, в малых – стимулируют анаболизм.
ГКС снижают отложение жира на конечностях, но увеличивают на туловище и шее. Однако чаще дуализм регуляции процесса достигается противоположными эффектами разных гормонов. Дуализм регуляций позволяет более точно стабилизировать параметры на нужном уровне и обеспечить быстроту переключения.
5. Плейтропность (многообразие) действия гормонов на организм. Так, КА вначале рассматривали только как гормоны стресса (краткосрочные), но они активируют цикл Кребса, другие функции МХ и обмен глутатиона, затем оказалось, что КА участвуют в регуляции матричных синтезов и основных процессов, определяемых геномом: памяти и обучения, длительной адаптации, роста, деления, миграции и дифференциации клеток, клеточного стресса.
ДА не только регулирует моторику и ингибирует секрецию пролактина, но и необходим для эмоциональных реакций, в том числе вознаграждения (при питании, сексе, игре, обучении, лекарственной зависимости, исследовательской и творческой активности).
ГАМК – не только главный ингибиторный НТ головного мозга, но и регулирует агрегацию тромбоцитов, ингибирует миграцию раковых клеток. ИН не только регулирует все виды обмена, но и входит в головной мозг, где является нейромодулятором, особенно по отношению к энергетическому гомеостазу, питанию, познанию.
Всем известен главный постулат молекулярной биологии: ДНК (гены) определяют все свойства организма; закодированная в ней информация передается на РНК и затем на белки, которые и реализуют эту информацию. Над этой универсальной последовательностью есть надстройка – гормоны.
Если ДНК определяет все, а белки делают все, то гормоны регулируют все. Любой биологически важный процесс обязательно контролируется гормонами как на клеточном, так и на органном и организменном уровнях. Действие гормонов реализуется в результате изменения внутриклеточных регуляций, которые включают:
1) мембранный механизм;
2) сопряжение и конкуренцию;
3) изменение активности белков (изостерическое, аллостерическое, взаимодействие белок-белок, химическая модификация, ограниченный протеолиз);
4) изменение синтеза (индукция и репрессия) и распада белков. Молекулярные механизмы действия гормонов опосредованы через сигнал-трансдукторные системы (СТС) клетки.
СТС – система восприятия, преобразования, усиления и передачи гормонального и иного сигнала во все части клетки. Основные компоненты СТС – рецепторы, ионные каналы, Gбелки, эффекторные ферменты, вторые посредники, протеинкиназы (включая тирозинкиназы), белковые факторы матричных синтезов.
Классификация по характеру распространения:
1. Циркулирующие гормоны – это регуляторы, переносимые кровью, независимо от места синтеза и дальности действия. Из продуцирующих клеток (отдельных или собранных в специальных орган – эндокринную железу) они поступают в кровоток (общий или локальный) и переносятся к другим клеткам (удаленным или близлежащим). Это называют эндокринной регуляцией.
2. Нейротрансмиттеры (нейрогормоны) – это передатчики нервного импульса (сигнальные вещества нейронов). Среди них различают медиаторы 9 –посредники, очень быстро (за мс) передающие пусковой нервный импульс (например, глутамат, ацетилхолин), и модуляторы– вещества, видоизменяющие эффекты медиаторов (например, дофамин) – это нейрокринная регуляция.
3. Местные (тканевые) гормоны (например, ФРК, ЦК, эйкозаноиды, амины) действуют на клетку-соседку – это паракринная регуляция. Выделяют также аутокринную регуляцию, когда гормон действует на рецепторной клетки, которая его продуцирует.
В последнем случае гормон действует на клетку не изнутри, а снаружи, то есть он должен выйти из клетки, чтобы подействовать на нее.
По широте действия гормоны подразделяют на:
а) универсальные–оказывают действие на все клетки (например, КА и СТГ);
б) широкого действия (например, ИН, ЙТ);
в) направленного действия, имеющие одну или две мишени (например, АКТГ);
Биохимическая классификация делит гормоны на:
а) белково-пептидные (например, СТГ, АТ II);
б) аминокислоты, амины и их производные (например, глутамат, КА, йодтиронины);
в) липидные (стероиды и эйкозаноиды);
г) нуклеозиды и нуклеотиды (аденозин, АТФ).
Гормоны оказывают свое действие на клетки-мишени через белкирецепторы, специфически связывающие гормоны и запускающие цепь событий, в результате которых и возникают специфические эффекты. Величина гормонального эффекта прямо зависит от концентрации гормон-рецепторного комплекса. Следовательно, рецепторы столь же важны, как и гормоны. Например, бесплодие женщины может быть связано с дефицитом как половых гормонов, так и рецепторов к ним. Аналогично, есть два типа сахарного диабета: при первом мало инсулина, а при втором типе инсулина достаточно, но рецепторов к нему мало. Наследственный дефицит рецепторов с первичной резистентностью к гормонам известен для СТГ (карлики Ларона), АДГ (семейный нефрогенный несахарный диабет), кальцитриола (кальцитриол-резистентный рахит), лептина (ожирение).
Основной причиной наследственного дефицита рецепторов являются инактивирующие мутации в генах, наоборот, активирующие мутации приводят к увеличению гормональных эффектов и даже появлению конститутивно активных рецепторов, то есть активных спонтанно, независимо от гормона, и поэтому иногда вызывающих развитие эндокринных опухолей.
Различают агонисты рецепторов (стимуляторы, миметики) – это гормоны и их синтетические аналоги действующие на те же рецепторы, и антагонисты (блокаторы, литики) – вещества, связывающиеся с рецептором и мешающие работать агонистам.
Концентрация и сродство к гормону являются регулируемыми параметрами, изменение которых происходит очень быстро и существенно сказывается на чувствительности клетки к гормону.
Сенситизация– увеличение чувствительности к гормону, возникает при денервации и при длительном введении блокаторов рецепторов (рецепторы растут,"как грибы после дождя").
Десенситизация – уменьшение чувствительности клетки к гормону, возникает в результате длительного действия гормона и при лечении агонистами (аналогами) гормонов, что может привести к развитию лекарственной зависимости и часто требует повышения доз). Гипогормоноз или псевдогипогормоноз – снижение уровня или действия гормонов – описано для тропинов, АГ, ЭГ, ЙТ, КА и др.)
Рассмотрим влияние гормонов на жизнедеятельность человека.
МЕЛАТОНИН
Начнём, пожалуй, с самого приятного для трудящегося человека и студента -сон. Так или иначе сон является неотъемлемой частью нашей жизни. Среднестатистический человек спит 25 лет своей жизни, хотя в истории можно встретить известных людей которые утверждали, что спали очень мало, например Наполеон спал 4 часа, Моцарт 5, Фрейд 6 , а Никола Тесла 2 часа, что в итоге привело к психическому расстройству в 25 лет, но нормализовав в последствии свой режим, прожил до 86 лет. По рекомендациям ВОЗ сон должен быть в среднем 7-8 часов.
Здоровый сон помогает лучше концентрироваться, быть максимально внимательным и продуктивным в течение дня и достигать больших успехов в работе, творчестве или любимом хобби. Улучшает память.
Когда мы спим, наш мозг активно работает: он закрепляет в долгосрочной памяти все новое, что человек узнал за день.
Мелатонин -гормон сна. Синтезируется в эпифизе из серотонина, темнота оказывает стимулирующее влияние на синтез, а свет – ингибирующее. У человека на ночные часы (с 23 до 7 часов) приходится 70% суточной продукции мелатонина. Один из основных эффектов мелатонина – торможение секреции гонадотропинов и, как следствие, снижение половой активности. На роль эпифиза в модуляции половой функции у человека указывает снижение в крови уровня мелатонина у мальчиков к началу полового созревания.
У женщин наибольший уровень мелатонина наблюдается в период менструаций, а наименьший – во время овуляции. Мелатонин обладает снотворным эффектом, угнетает биоэлектрическую активность мозга. Снижение уровня мелатонина отмечается при бессоннице, болезни смены часовых поясов.
Лекарственные препараты на основе мелатонина нормализуют циркадные ритмы, регулируют цикл сон – бодрствование, способствуют нормализации ночного сна, улучшают его качество, ускоряют засыпание, не вызывают ощущения вялости, разбитости при пробуждении.
СЕРОТОНИН
Гормон счастья, радости, хорошего настроения как только его не называют. Вырабатывается энтерохромаффинными клетками кишечника из триптофана в результате реакций гидроксилирования и декарбоксилирования, разносится тромбоцитами. Головной мозг образует серотонин для себя.
Серотонин снижает агрессивность, страх, депрессию, способствует лидерству; снижает активность половых желез; увеличивает моторику кишечника, увеличивает свертывание крови, пролиферацию, стимулирует пищевое поведение, увеличивает пищевые и снижает болевые условные рефлексы, участвует в воспалительных и аллергических реакциях. Инактивация серотонина осуществляется моноаминокcидазой А. Её ингибиторы используют для лечения депрессий. Так же используют предшественник БАД 5-HTP, если по русски -это 5-гидроскитриптофан, аминокислота из которой при помощи химических реакций образуется серотонин.
Его эффекты:
- Способствует здоровому сну
- Помогает успокоиться и расслабиться
- Поддерживая ментальное и эмоциональное благополучие
Так же можно естественными путями поднять уровень серотонина в крови:
- Получайте больше триптофана из продуктов питания
- Сходите на массаж
- Добавьте витамина В
- Попытайтесь бывать на солнце
- Добавьте больше магния в свой рацион
- Не злоупотребляйте сахаром
- Научитесь, наконец, медитации
- Найдите время для дополнительных занятий спортом
КОРТИЗОЛ
Глюкокортикоидный стероидный гормон, вырабатываемый надпочечниками. Его также принято называть «гормоном стресса», так как он активно вырабатывается в ответ на стресс.
Кортизол обеспечивает адаптацию к стрессовым факторам внешней среды, становится понятным, почему секрецию кортиколиберина могут вызывать такие факторы как травма, инфекция, боль, воздействие холода, эмоции, физическая нагрузка, кровотечение, гипогликемия и др. Период полужизни для кортизола плазмы равен 1,5–2 часа.
В норме у здорового взрослого человека кортизол вырабатывается в количестве от 15 до 30 мг в сутки.
Нельзя однозначно заявить, что стресс это всегда плохо, в некоторых случаях он стимулирует нас и подстёгивает к совершению действий, что ведёт к образованию новых нейронных связей в головном мозге, а это залог ясного ума.
В следующей статье поговорим о катехоламинах: дофамин, норадреналин и адреналин.