Гипофиз является составляющей структурой чего
Гипофиз в организме человека
Гипофиз — крохотная железа в полости черепа. Несмотря на размер, влияние его на организм потрясает своими масштабами. Щитовидная железа, почки, надпочечники, половые железы, молочные железы, рост и развитие человека — неполный список того, над чем «властвует» гипофиз. В данном материале мы постарались доходчиво объяснить, что представляет из себя эта могущественная железа и как она работает. Также мы коснемся вопроса распространенных заболеваний данного органа и расскажем об их симптомах.
Что такое гипофиз и где он находится
Гипофиз — нейроэндокринный орган, главной функцией которого является продукция регуляторных гормонов. Размер его сопоставим с величиной горошины, а масса составляет около 0,5-1 граммов. Гипофиз исполняет роль дирижера в оркестре, музыканты которого — все эндокринные железы организма (кроме островского аппарата поджелудочной железы).
Гипофиз располагается в полости черепа, но этот момент стоит уточнить. Интересным здесь является то, что для гипофиза в клиновидной кости (одной из костей основания черепа) имеется специальное углубление. Это углубление носит название «турецкое седло». И действительно, визуально оно напоминает седло, у него даже есть хорошо выраженная спинка.
Орган располагается под головным мозгом, а если быть точным — под нижней его частью — гипоталамусом. Последний при этом связан с гипофизом посредством ножки, или гипофизарного стебля. Над гипофизом натянута мембрана, которая отделяет его от головного мозга. Таким образом, орган с одной стороны изолирован от образований головного мозга, а с другой стороны неразрывно связан с ними посредством ножки.
Прямо под турецким седлом, содержащим гипофиз, располагается клиновидная пазуха — полостное образование, которое граничит с полостью носа. Этот факт очень важен для нейрохирургов, поскольку позволяет осуществить оперативный доступ к гипофизу через нос. Именно таким способом в настоящее время проводят операции на органе.
Рисунок 1. Голова человека (схематически), вид сбоку. Пунктиром выделен гипофиз в турецком седле. Стрелкой показан хирургический доступ к железе через полость носа и клиновидную пазуху. Иллюстрация Данилы Мельникова
Строение гипофиза
В строении органа выделяют переднюю, заднюю и промежуточную доли, а также ножку гипофиза, в которой проходят сосуды и нервы. Передняя доля (аденогипофиз) — самая большая и занимает порядка 60-70% объема железы. Эта часть органа представлена эпителиальными гормон-продуцирующими клетками. Здесь вырабатывается большинство гормонов гипофиза. Клеточный состав аденогипофиза крайне разнообразен. Функции некоторых продуцируемых здесь веществ до сих пор остаются не совсем понятными.
Задняя доля (нейрогипофиз) представлена тканью нервного происхождения и не содержит клеток, вырабатывающих гормоны. Однако в данную область транспортируются «импортные» гормоны из гипоталамуса и уже отсюда, из задней доли, они поступают в кровь. Клетки нейрогипофиза в этом процессе играют лишь вспомогательную роль.
Промежуточная доля у человека несколько атрофирована и занимает совсем небольшую часть железы. Здесь продуцируется лишь меланоцитстимулирующий гормон.
Функции гипофиза
Как уже упоминалось, гипофиз посредством гормонов дирижирует работу эндокринных желез, которые, в свою очередь, вырабатывают собственные гормоны. Мало того, орган выделяет и другие гормоны, которые действуют самостоятельно, а не посредством периферических желез. В соответствии с этим, выделяют:
Далее мы рассмотрим основные гормоны гипофиза в контексте их биологической роли в организме.
Гормоны передней доли гипофиза
Соматотропный гормон
Соматотропный гормон (соматотропин) также называют гормоном роста. Название прекрасно отражает основную функцию данного вещества — он обеспечивает рост практически всех тканей в организме. Это достигается за счет активации деления и увеличения размера клеток, усиления поступления в них белка и аминокислот. Также гормон стимулирует использование запасов жиров в организме, способствует росту костей и хрящей, повышает уровень глюкозы в крови.
Пролактин
Главным образом пролактин влияет на молочные железы и матку у женщин. Этот гормон стимулирует рост и развитие молочных желез, образование в них молока и секрецию последнего, способствует процессу имплантации эмбриона. Помимо этого пролактин участвует в формировании полового поведения, потенцирует действие лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов на половые железы. Причем последнее имеет важное значение не только для женщин, но и мужчин.
Рисунок 2. Гормон пролактин отвечает за выработку молока у кормящей женщины. Изображение: kavusta / Depositphotos
Тиреотропный гормон
Тиреотропный гормон (тиреотропин) отвечает за регуляцию функций щитовидной железы. При повышении его секреции щитовидная железа активнее продуцирует и секретирует гормоны в кровь, а при понижении наблюдаются обратные процессы. Можно сказать, что гипофиз контролирует все виды обмена (белковый, липидный и углеводный) посредством влияния на щитовидную железу. Последняя вырабатывает тироксин и трийодтиронин, которые и приводят в действие «планы» гипофиза.
Фолликулостимулирующий и лютеинизирующий гормоны
Эти гормоны прежде всего оказывают влияние на работу половых желез: яичек и яичников. Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) способствует продукции сперматозоидов у мужчин, а также созреванию фолликулов у секреции эстрогенов у женщин. Лютеинизирующий гормон (ЛГ) контролирует продукцию тестостерона у мужчин и стимулирует овуляцию у женщин.
Адренокортикотропный гормон
Еще один представитель тропных гормонов гипофиза — адренокортикотропный гормон (АКТГ). Его задача состоит в регуляции функций надпочечников — небольших, но очень важных желез, находящихся над обеими почками. Надпочечники вырабатывают множество гормонов, влияющих на артериальное давление, иммунитет, ионный баланс в организме и множество других процессов, но все это происходит «по поручению» гипофиза.
Гормоны задней доли гипофиза
Как уже было сказано, гормоны нейрогипофиза не являются его собственными, они вырабатываются в гипоталамусе. Тем не менее их роль рассматривают в контексте функций гипофиза, поскольку скапливаются и секретируются они именно в нем.
Антидиуретический гормон
Главной функцией антидиуретического гормона (АДГ) является реабсорбция воды в почках. Если АДГ не выделяется в должной мере, объем мочи может превышать 20 литров в сутки! Также гормон способствует сужению сосудов, поэтому второе его название — вазопрессин. Обе функции крайне важны для поддержания нормального артериального давления, что особенно актуально при кровотечениях.
Рисунок 3. Влияние гормонов гипофиза на органы человека. Изображение: megija / Depositphotos
Окситоцин
Окситоцин играет важнейшую роль в родовой деятельности. Он стимулирует сокращение матки во время родов, что способствует изгнанию плода. Также гормон способствует выделению молока при кормлении грудью. Этот процесс запускается менее чем через минуту после того, как ребенок прильнул к соску матери.
Окситоцин — гормон материнской любви и привязанности
Окситоцин оказывает существенное влияние на социальное поведение человека. Он облегчает временную привязанность между незнакомыми людьми, повышая доверие между ними. Кроме того, гормон влияет на родительское поведение, концентрация окситоцина в крови матери имеет прямую корреляцию с ее привязанностью к ребенку⁶.
Заболевания гипофиза и их симптомы
Гипофизарных расстройств существует немалое количество, но многие из них встречаются крайне редко. Поэтому мы рассмотрим наиболее частые патологии и их симптомы. В частности, поговорим о гормонпродуцирующих опухолях гипофиза (аденомах) и состоянии, при котором, наоборот, гормонов гипофиза вырабатывается мало (гипопитуитаризм).
Гиперпролактинемия и пролактинома
Гиперпролактинемия — это повышенная концентрация пролактина в крови. Чаще всего данное явление наблюдают при пролактиноме — гормонально активной опухоли гипофиза, хотя существуют и другие причины. Заболевание характеризует:
Гиперпролактинемия — одна из самых частых причин женского бесплодия
Согласно статистике, около 25-40% женского бесплодия обусловлено повышенной продукцией пролактина³. Поэтому в случае бесплодия один из важных диагностических шагов — анализ крови на уровень пролактина. В случае повышения уровня гормона состояние можно легко исправить лекарственной терапией, и беременность станет возможной.
Акромегалия и гигантизм
Оба состояния обусловлены повышенной выработкой гормона роста гипофизом. Отличие состоит в том, что при гигантизме патологический процесс начинается в детском или подростковом возрасте, когда еще не до конца окостенели зоны роста в костях. Поэтому рост у людей с гигантизмом достигает 2 метров и более, а при акромегалии он не изменяется.
Как и в случае с гиперпролактинемией, самая частая причина этих заболеваний — гормонально активная опухоль гипофиза (соматотропинома). Оба заболевания с течением длительного времени проявляются следующими симптомами:
Больные и их родственники часто не замечают изменений во внешности, а к врачу обращаются по поводу симптомов сахарного диабета или болей в суставах. Так происходит из-за очень растянутого течения заболевания. Клиническая картина становится особенно наглядной, если посмотреть фото больного 5-10 летней давности. Настоящий вид больного и его внешность на старых фотографиях создают впечатление, что это два разных человека.
Изменения во внешности у больного акромегалией. Фото: Indian journal of endocrinology and metabolism / Open-i (CC BY-NC-SA 3.0)
Болезнь Иценко-Кушинга
Болезнь Иценко-Кушинга — это состояние, при котором в гипофизе повышается выработка адренокортикотропного гормона. В данном случае опухоль развивается из клеток, продуцирующих адренокортикотропный гормон (кортикотропинома). Избыток гормона в крови приводит к усиленной работе надпочечников, которые в повышенном количестве продуцируют адреналин, норадреналин, кортизол и некоторые другие гормоны. Для заболевания характерно:
Существует и множество других проявлений заболевания, которые можно обнаружить лабораторно. Такое обилие проявлений объясняется влиянием гормонов надпочечников почти на все органы и системы в организме человека.
Другие симптомы опухолей гипофиза
Выше мы обсудили специфические проявления гормонпродуцирующих опухолей гипофиза, которые обусловлены повышенной выработкой того или иного гормона. Однако вне зависимости от того, вырабатывает опухоль гормоны или нет, возможно появление симптомов, связанных с давлением опухоли на прилежащие структуры головного мозга. Выше гипофиза располагается зрительный перекрест, поэтому усиленный рост опухоли в этом направлении может привести к нарушениям зрения. Также недалеко проходят нервы, отвечающий за движения глазных яблок. Результатом давления на эти структуры становятся:
Помимо зрительных нарушений рост опухоли может вызывать распирающую головную боль.
Гипопитуитаризм
Гипопитуитаризм — это состояние, при котором снижена выработка одного или нескольких гормонов гипофиза. Существует множество причин заболевания: врожденный дефект гипофиза, сдавление опухолью прилежащих структур, инсульт с гипофизарной локализацией, инфекционные энцефалиты и др.
Дефицит гормона роста
Чаще всего развивается дефицит гормона роста, что приводит к:
При развитии заболевания в детском возрасте или врожденной патологии человек перестает расти, что трактуется как гипофизарный нанизм (карликовость).
Дефицит тиреотропного гормона
В данном случае заболевание обусловлено недостаточной выработкой тиреотропного гормона. Это приводит к снижению функции щитовидной железы, то есть к гипотиреозу. Клинически это проявляется:
Рисунок 4. Симптомы гипотиреоза. Источник: МедПортал
Дефицит адренокортикотропного гормона
Данное состояние называют вторичным гипокортицизмом. Вследствие недостаточной выработки адренокортикотропного гормона снижается секреция гормонов надпочечниками. Это приводит к:
Заболевание длительно развивается бессимптомно, клинические проявления выражены тускло.
Дефицит гонадотропных гормонов
Заболевание, при котором в гипофизе вырабатывается недостаточно фолликулостимулирующего и лютеинизирующего гормонов, называют вторичным гипогонадизмом. Если болезнь манифестировала в детском возрасте, то:
Если болезнь настигает во взрослом периоде, то у мужчин развивается снижение либидо, бесплодие, эректильная дисфункция, ожирение, уменьшение мышечной массы, психологические расстройства в виде депрессии и приступов гнева. У женщин болезнь проявляется менструальными нарушениями, появляются симптомы раннего развития климакса.
Профилактика заболеваний гипофиза
К сожалению, профилактировать заболевания гипофиза практически невозможно. Во-первых, это обусловлено тем, что самая частая причина тех или иных гипофизарных расстройств — опухоли. Во-вторых, имеют место генетические факторы, которые не подвергаются коррекции. Повлиять возможно лишь на частоту инсультов, черепно-мозговых травм и ряд других неспецифических повреждений гипофиза. Однако в структуре причин заболеваний они занимают далеко не первое место.
Обращайте внимание на свою внешность
Большинство заболеваний гипофиза так или иначе меняют внешность человека. Поэтому не стоит игнорировать замечания знакомых, если они подметили что-то странное в вашей внешности. Хоть патологии гипофиза и не поддаются профилактике, они хорошо лечатся на ранних стадиях. Чем раньше вы заметите какие-то изменения в своем организме, тем выше будет успех лечения.
Заключение
Гипофиз — удивительный орган! Крошечный размер он компенсирует сложным клеточным строением и большим количеством важных функций, недостаточность которых сильно отражается на внешнем виде больного. Каждое из заболеваний имеет уникальную клиническую картину, поэтому врач может распознать в пациенте болезнь еще на пороге кабинета. Несмотря на трудности в профилактике заболеваний гипофиза, достигнуты серьезные успехи в их лечении. Это позволяет говорить об относительно благоприятном прогнозе гипофизарных расстройств.
Гипофиз является составляющей структурой чего
ФГБУ «Эндокринологический научный центр» МЗ РФ, Москва
Организация и функционирование нейроэндокринной системы
Журнал: Проблемы эндокринологии. 2013;59(1): 62-69
Бабичев В. Н. Организация и функционирование нейроэндокринной системы. Проблемы эндокринологии. 2013;59(1):62-69.
Babichev V N. Organization and functioning of the neuroendocrine system. Problemy Endokrinologii. 2013;59(1):62-69.
ФГБУ «Эндокринологический научный центр» МЗ РФ, Москва
Достижения нейроэндокринологии в последние годы дали возможность сформулировать цельное представление о системном подходе к лечению эндокринных заболеваний. В обзоре приведены экспериментальные и клинические доказательства присутствия в гипоталамусе специфических рецепторов к гормонам периферических эндокринных желез и тропным гипофизарным гормонам. Продукция гипоталамусом специфических веществ (рилизинг-гормонов) обеспечивает связь нервных и эндокринных структур. Прямые и обратные связи в организме способствуют устойчивой работе всех систем организма.
ФГБУ «Эндокринологический научный центр» МЗ РФ, Москва
Эндокринная система вместе с нервной составляет единое целое. Объединяющим и координирующим центром нейроэндокринной системы является область промежуточного мозга — гипоталамус, который не только проводит нервные импульсы, но и секретирует различные физиологические вещества [1].
Гипоталамус расположен на основании мозга и ограничен спереди перекрестом зрительных нервов, сзади — маммилярными телами, по бокам — расходящимися трактами зрительных нервов. Сверху в гипоталамическую область внедряется третий желудочек мозга, превращая гипоталамус в парный орган с симметричным расположением клеточных образований. В основании гипоталамуса располагается срединное возвышение, переходящее в ножку гипофиза.
Эндокринные функции гипоталамуса осуществляют преимущественно его передняя и медиальная части. Нервные клетки гипоталамуса группируются в многочисленные ядра, часть которых обладает секреторными свойствами. Крупноклеточные ядра переднего гипоталамуса (супраоптические и паравентрикулярные) связаны нервными волокнами с задней долей гипофиза. Многочисленные ядра медиобазального и части заднего гипоталамуса, часть паравентрикулярных, вентромедиальные и аркуатные — продуцируют нейросекрет в систему воротных вен гипофиза. Многочисленные комиссуральные пути гипоталамуса обеспечивают взаимодействие между нейроэндокринными ядрами. Нервные клетки паравентрикулярных и аркуатных ядер имеют многочисленные контакты с вышележащими структурами ЦНС.
Роль гипоталамуса в регуляции эндокринных функций была выяснена в 1955 г. Гиллемин впервые показал, что гипоталамический экстракт при введении его животным стимулирует секрецию гипофизом АКТГ. В 60-х годах XX века интенсивно исследовали влияние экстрактов гипоталамуса и срединного возвышения на секрецию гипофизом гормона роста (соматотропин, СТГ) и тиреотропного гормона (тиреотропин, ТТГ). Благодаря достижениям аналитической химии пептидов, разработке радиоиммунологических методов определения гормонов, развитию техники культивирования клеток сделан революционный скачок в исследованиях гипоталамической регуляции функций эндокринной системы.
Наличие в гипоталамусе специфических рецепторов к периферическим гормонам эндокринных желез и тропным гипофизарным гормонам определяет его особое положение в системах обратной связи. В гипоталамусе происходит переключение информации с нервно-медиаторного на нейрогормональный путь, которой составляют либерины и статины: кортиколиберин (АКТГ-рилизинг гормон, КРГ), люлиберин (гонадолиберин, ЛГ/ФСГ-рилизинг-гормон, ГнРГ), тиролиберин (ТРГ), соматолиберин (РГГР), соматостатин, меланолиберин, а также дофамин (ДА) и энкефалины, оказывающие влияние на функции гипофиза.
Гипоталамус является высшим вегетативным центром, осуществляющим сложную интеграцию и различных внутренних систем. В организме нет ни одной функции, к регуляции которой гипоталамус не имел бы отношения: он играет существенную роль в поддержании оптимального уровня обмена веществ (белкового, углеводного, жирового, водного и минерального) и энергии, в регуляции температурного баланса организма, деятельности пищеварительной, сердечно-сосудистой, выделительной, дыхательной и эндокринной систем.
Нейроэндокринологи имеют полное право рассматривать гипоталамус как главный нейроэндокринный орган, который осуществляет взаимосвязь между ЦНС и железами внутренней секреции. Он является интегрирующим звеном, пультом управления, на котором замыкаются все пути между ЦНС и эндокринной системой. Естественно, возникает вопрос, каким образом маленькая структура промежуточного мозга справляется со столь многочисленными функциями.
Для эндокринологов, в первую очередь, важен вопрос о регуляции гормональной системы.
Связь между гипофизом, который является основным продуцентом всех тропных гормонов (АКТГ, ТТГ, ЛГ, ФСГ, СТГ, пролактин) и гипоталамусом осуществляется через портальную систему сосудов, а также через гипоталамо-гипофизарный тракт — самый короткий, но хорошо очерченный пучок аксонов нейронов гипоталамуса. Волокна их берут начало в супраоптическом и паравентрикулярных ядрах и проходят через гипофизарную ножку к нейрогипофизу.
Биохимиками было показано существование в гипоталамусе специфических веществ, которые синтезируются нервными клетками и освобождаются в капилляры портальной системы, достигая передней доли гипофиза. На сегодняшний день выделено и охарактеризовано более 10 гипоталамических нейрогормонов, каждый из которых обладает специфическим влиянием (стимуляцией или торможением) секреции того или иного тропного гормона гипофиза. Такие соединения получили название ингибирующих и рилизинг-гормонов (либерины и статины), обладающие высокой специфичностью действия и чрезвычайно высокой биологической активностью. Установлена и подтверждена химическим синтезом их структура.
Основной точкой приложения гипоталамических рилизинг-гормонов являются клетки гипофиза, и некоторое время считалось, что каждый гормон стимулирует один тип клеток аденогипофиза, который в свою очередь синтезирует лишь один тропный гормон.
В дальнейшем было показано, что в ряде случаев гипоталамические гормоны стимулируют секрецию нескольких гипофизарных гормонов. Например, ТРГ усиливает выделение и ТТГ, и ПРЛ. ГнРГ способствует секреции ЛГ и ФСГ; соматостатин угнетает секрецию и гормона роста, и ТТГ. Каждый клеточный элемент аденогипофиза подвергается действию многих регуляторных факторов, и клетки в аденогипофизе не строго специализированы: в одной клетке могут синтезироваться несколько гормонов, например ЛГ и ФСГ, АКТГ и β-липотропин, СТГ и ПРЛ, но не ТТГ или ЛГ. Бифункциональность некоторых гормонов объясняется по-разному. Способность ГнРГ вызывать секрецию как ЛГ, так и ФСГ, причем несовпадающую по времени, определяется разной чувствительностью гонадотрофов, секретирующих ЛГ или ФСГ, а также длительностью воздействия с учетом влияния половых стероидов на гипофизарные клетки в разные стадии полового цикла. Большие концентрации эстрогенов в плазме, предшествующие овуляторному выбросу ЛГ, увеличивают чувствительность гипофиза к ГнРГ, а минимальные количества эстрогенов и прогестерона, секретируемого после овуляции, напротив, снижают эту чувствительность. Секреция ФСГ более чувствительна к ингибирующему эффекту эстрогенов. Нельзя исключить наличие в аденогипофизе и двух видов рецепторов. Одни из них характеризуются высоким сродством к ГнРГ и низкой связывающей способностью; за их счет осуществляется быстрая секреция ЛГ; вторые — более низким сродством к ГнРГ, но большей силой связывания, что и определяет более медленное освобождение ФСГ. Возможно существование двух различных нейрогормонов — ЛГ-РГ и ФСГ-РГ.
Анатомия и физиология гипофиза
Гипофиз расположен в турецком седле в основании черепа. Сверху он отделен от мозга выростом твердой мозговой оболочки. Гипофиз состоит из трех долей: передней, задней и средней (промежуточной). Последняя, как правило, анатомически не обособлена и вместе с передней входит в состав аденогипофиза, который составляет около 80% массы железы; задняя доля — нейрогипофиз — анатомически и функционально объединена со срединным возвышением, являющимся частью гипоталамуса. Аденогипофиз образуется из задней стенки ротовой полости зародыша (карман Ратке), задняя доля — из дивертикула дна третьего желудочка мозга.
Структурно-функциональная связь гипофиза с гипоталамусом осуществляется нервным и гуморальным путем. Нервные волокна из крупноклеточных гипофизотропных ядер гипоталамуса (паравентрикулярного и супраоптического) через срединное возвышение и ножку гипофиза достигают задней его доли. По аксонам этих клеточных ядер в заднюю долю гипофиза поступают окситоцин и вазопрессин. На стенках капилляров срединного возвышения оканчиваются терминали пептидергических волокон. Аксоны гипоталамических нейронов, идущие к аденогипофизу, прерываются на уровне срединного возвышения, где и происходит секреция гипоталамических статинов и либеринов.
Нейрогормоны попадают в переднюю долю гипофиза с кровотоком по системе воротных вен гипофиза. Стенки каппиляров, образуемых ветвями верхних гипофизарных артерий в срединном возвышении, проницаемы для рилизинг-гормонов. Концентрация последних в крови воротных вен гипофиза во много раз выше, чем в периферической крови.
Кровоток через переднюю долю гипофиза значительнее, чем через любой другой орган, что, наряду с высоким содержанием нейрогормонов в крови сосудов гипофиза, создает оптимальные условия для регуляции функций аденогипофиза и зависимых от него эндокринных желез. Задняя доля гипофиза снабжается кровью нижних гипофизарных артерий.
Являясь анатомически целостным органом, гипофиз образован двумя онтогенетически разными образованиями: передним (железистым) и задним (нервным). Клетки аденогипофиза разделяются по своей гистологической окраске на базофилы, ацидофилы (эозинофилы), хромофобы. Однако выявление специализированных клеток—лактотрофов, тиреотрофов, соматотрофов, кортикотрофов, гонадотрофов, продуцирующих соответствующие гормоны, осуществляется иммуноцитохимическим методом, выявляющим специализацию клеток с помощью высокоспецифических антител к конкретному гормону. Большую часть популяции аденогипофизоцитов составляют лактотрофы и соматотрофы. Обнаруживаются и камбиальные элементы, способные при необходимости дифференцироваться в те или иные специализированные клетки.
Гипофиз как центральный орган эндокринной системы получает афферентную и эфферентную информацию. Из срединного возвышения по сосудам портальной системы в аденогипофиз поступает кровь, содержащая гипоталамические нейрогормоны. К гипофизу поступает также большое количество гормонов периферических эндокринных желез и биологически активных метаболитов. Переработка этой информации позволяет гипофизу осуществлять тонкую интегральную функцию и посылать периферическим эндокринным железам адекватные, строго дозированные регуляторные сигналы путем выделения в кровь тропных гормонов. Периферические эндокринные железы, реагируя на тропные гормоны гипофиза, секретируют в кровь собственные гормоны, регулирующие биохимические процессы в тканях-мишенях. Циркулирующие в крови гормоны и биологически активные метаболиты контактируют со всеми структурами нейроэндокринной системы: ЦНС, гипоталамусом, гипофизом, другими железами внутренней секреции, клетками АПУД-системы (которые присутствуют в различных органах и тканях и продуцируют полипептидные гормоны за счет поглощения и декарбоксилирования предшественников аминов).
Вопрос и о локализации биосинтеза гипоталамических гормонов окончательно не решен. Имеются данные об их образовании в нервных окончаниях — синаптосомах, так как именно в них обнаруживается скопление этих гормонов и биогенных аминов. В настоящее время биогенным аминам отводится главная роль в регуляции секреции и синтеза гипоталамических гормонов. В гипоталамусе присутствуют специфические рецепторы гормонов и периферических аминорецепторов.
Воспринимая регуляторные сигналы сверху, железа ускоряет или тормозит выделение собственного гормона и, более того, она получает информацию о результатах действия ее гормонов на периферии. Механизм такой организации эндокринной железы, называемой в литературе принципом обратной связи (положительной и отрицательной), был впервые сформулирован М.М. Завадовским (1935). Он обеспечивает надежность работы нейроэндокринной системы в организме. Классическим примером может служить функционирование щитовидной железы, когда ТТГ стимулирует секрецию тиреоидных гормонов, которые в свою очередь, достигнув высоких концентраций в крови, тормозят секрецию гипофизом ТТГ. Обратная связь реализуется на четырех уровнях (ЦНС, гипоталамус, гипофиз, сама железа), и в ней различают длинные, короткие и ультракороткие звенья. Эндокринные регуляторы — гормоны дистантного действия — достигают своих целевых объектов с кровотоком.
Концентрация и ритм секреции гормонов определяют направленность действия и точку приложения в организме. Так, эстрогены, стимулируя секрецию пролактина гипофизом, увеличивают выделение ДА гипоталамусом, что приводит к торможению лактотропной функции гипофиза. На телах нейронов, синтезирующих ДА, обнаружены рецепторы эстрадиола. В этом процессе участвуют и метаболические регуляторы, такие как глюкоза [10].
В одной и той же железе имеется возможность обмена химической информацией между клетками, в которой принимают участие и гормоны. Показано, в частности, наличие рецепторов инсулина на альфа-клетках, секретирующих глюкогон (паракринная регуляция). Биологически активные вещества, в том числе гормоны, могут выделяться и связываться рецепторами той же клетки (аутокринная регуляция).
Чувствительность тканей к конкретному гормону определяется количеством специфических рецепторов, связывающих этот гормон. Высокие концентрации гормона, связывая большую часть рецепторов, снижают их биосинтез и уровень активных форм рецепторов, что предохраняет клетки-мишени от чрезмерного гормонального воздействия. Возможна и ситуация, когда гормон увеличивает концентрации собственных рецепторов.
Гормон может влиять не только на свои рецепторы, но и на рецепторы других гормонов. Так, ПРЛ стимулирует образование рецепторов ЛГ и ФСГ в гонадах, тиреоидные гормоны влияют на уровень эстрогенных и катехоламиновых рецепторов и т.д. Обратная связь реализуется довольно быстро, что обеспечивает постоянный относительный гомеостаз в организме; замедление или ускорение этого процесса свидетельствует о развитии патологического процесса.
Нарушения гормональной рецепции ведут к развитию патологического процесса (например, инсулинорезистентность при ожирении и сахарном диабете 2-го типа).
В срединном возвышении обнаружены многочисленные синаптические и аксональные контакты нейронов, вырабатывающих нейропептиды, а также анастомозы между капиллярами сосудов, идущими к аденогипофизу и нейрогипофизу, что и обеспечивает тесное взаимодействие различных эндокринных подсистем (гипоталамус—гипофиз—кора надпочечников, гипоталамус—гипофиз—щитовидная железа, гипоталамус—гипофиз—гонады и др.).
Главным достижением нейроэндокринологии последних лет является доказательство причастности нейромедиаторов к нейроэндокринной интеграции действия нейросекреторных нейронов, регулирующих секрецию тропных гормонов гипофиза. К ним относятся норадреналин (НА), адреналин (А), ДА, серотонин, гистамин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), ацетилхолин, соматостатин, ТРГ, КРГ, соматолиберин и многие другие соединения. Все эти вещества несут нейрогенную информацию, необходимую для нормального функционирования нейросекреторных нейронов, регулирующих секрецию тропных гормонов гипофиза. Прежде всего это люлиберинпродуцирующие нейроны, регулирующие выделение ЛГ и ФСГ, нейроны, секретирующие пролактинингибирующий гормон, ТРГ, вазоактивный интестинальный полипептид, а также ДА. Полное понимание нейроэндокринного контроля требует точного знания топографии нейросекреторных и обычных проводниковых нейронов. Необходимо определить главные проекции нейронов и идентифицировать нейромедиаторы, содержащиеся в них. Обнаружены синапсы между норадренергическими нейронами и ГАМК-содержащими нейронами в этой области. Следует отметить также возможность несинаптического взаимодействия катехолсодержащих нейронов в ЦНС.
Дофаминергические нейроны, иннервирующие гипоталамус, имеют клеточные тела в трех областях мозга: во-первых, это тубероинфундибулярные нейроны, которые составляют 3—5% клеточных тел нейронов аркуатной области и обозначаются как А12. Терминали этих нейронов обнаружены в срединном возвышении в тесном контакте с первичными капиллярами гипофизарного портального сплетения. Эти нейроны выделяют большое количество ДА в портальную кровь и играют ведущую роль в регуляции секреции ПРЛ, а также ГнРГ. Две другие группы дофаминергических нейронов расположены в каудальном таламусе, заднем гипоталамусе и перивентрикулярных ядрах. Диффузное распределение дофаминергических нейронов в гипоталамусе затрудняет изучение их роли в регуляции секреции гонадотропинов и других тропных гормонов.
Изложение контрольных функций адренергических нейронов в секреции гонадотропинов целесообразно начать с их роли в регуляции пульсирующего выделения ЛГ, которая определяется квантовым выделением ГнРГ. Большинство исследователей, занимающихся этой проблемой, приходят к выводу, что норадренергические нейроны в физиологических условиях включаются в этот процесс, хотя на отдельных нейронах обнаружены адренергические рецепторы, активация которых вызывает торможение пульсирующего выделения ЛГ. Направленность действия ДА-нейронов зависит, скорее всего, от уровня половых гормонов.
При изучении роли биогенных аминов в регуляции овуляторного выброса гонадотропинов особое внимание обращается на значение половых гормонов в активации или торможении катехолсодержащих нейронов в системе обратной связи. На модели овариэктомированных крыс с имплантацией эстрадиола показано, что выброс ЛГ каждые 24 ч сопровождается увеличением скорости обмена НА в преоптической и аркуатной областях и супрахиазматических ядрах, а также срединном возвышении. Аналогичные данные получены и в опытах на интактных животных, у которых отмечено увеличение скорости обмена НА в преоптической области во 2-й половине проэструса, т.е. во время овуляторного выброса ЛГ, тогда как в другие стадии цикла подобных изменений в обмене НА в этой области не зарегистрировано. О негативном действии эстрадиола на обмен НА свидетельствуют эксперименты на овариэктомированных животных, у которых скорость обмена НА в преоптической области увеличивалась через 3 сут, а введение эстрадиола приводило к снижению скорости его обмена в этой области и срединном возвышении уже через 3 ч. Действие эстрогенов на обмен НА может осуществляться как непосредственно на уровне норадренергических нейронов, содержащих эстрогенные рецепторы, так и через опиоидные или ГАМК-содержащие интернейроны, которые также содержат рецепторы стероидных гормонов. Скорость обмена адреналина в некоторых областях гипоталамуса также увеличивается одновременно с овуляторным выбросом ЛГ. Это касается, главным образом, медиобазального гипоталамуса и преоптической области. Возникает вопрос о степени сродства адренергических рецепторов нейронов к половым гормонам в ходе менструального цикла.
Влияние половых гормонов на активность дофаминергических нейронов проявляется менее отчетливо. Дело в том, что изменение состояния тубероинфундибулярных дофамин-содержащих нейронов теснее связано с секрецией ПРЛ. Введение эстрогенов повышает уровень ПРЛ, который в свою очередь усиливает обмен ДА в этих нейронах. Показано также наличие рецепторов к эстрадиолу в дофаминергических клеточных телах нейронов аркуатного ядра и повышение скорости обмена ДА в этом ядре и срединном возвышении во второй половине стадии проэструса. В преоптической области изменения дофаминергической активности в это время не наблюдается. Овариэктомия незначительно влияет на обмен ДА в некоторых областях гипоталамуса, тогда как введение эстрадиола вызывает снижение обмена ДА в преоптической области и срединном возвышении и увеличение в медиобазальном гипоталамусе.
Имеется ряд сообщений о влиянии катехоламинергических агентов на овуляторный выброс ЛГ в проэструсе и вызванный эстрогенами выброс ЛГ. Начало этим исследованиям было положено в 1950 г. Сойером, который показал, что α-адренергические антагонисты блокируют овуляцию у крыс. В дальнейшем были исследованы более специфические фармакологические агенты, такие как α-метил-р-тирозин и диэтилдитиокарбомат, блокирующие синтез НА и А соответственно. Они тормозили овуляторный выброс ЛГ. Блокада α-адренергических рецепторов также прерывает овуляцию, причем наиболее эффективным является препарат празозин, избирательно блокирующий подтип α1-рецепторов, тогда как блокада другого подтипа рецепторов (α2) пипероксаном неэффективна.
Приведенные данные позволяют утверждать, что норадренергические и адренергические нейроны включаются в стимуляцию овуляторного выброса ЛГ, и действие их опосредуется через α1-адренергические рецепторы, локализованные в основном в медиобазальной преоптической области гипоталамуса. Роль дофаминсодержащих нейронов в регуляции овуляторного выброса ЛГ спорна: введение относительно специфического антагониста ДА пимозина в утренние часы проэструса снижало выброс ЛГ у крыс во второй половине дня. Этот же препарат, введенный женщинам за 2 ч до ожидаемого выброса ЛГ в середине менструального цикла, снижает величину выброса. В другом случае внутрижелудочковое введение ДА в проэструсе у крыс способствует увеличению уровня ЛГ в крови. Исследования in vitro также дают спорные результаты. Так, перфузия ДА фрагментов медиобазального гипоталамуса самцов крыс увеличивает выделение ГнРГ, которое блокируется введением антагониста α-адренергических рецепторов (фентоламина), но не антагониста ДА (пимозина). ДА обладает способностью ускорять выделение НА из терминалей срединного возвышения, но не влияет на обратный захват и обмен НА. Противоречивые данные затрудняют интерпретацию роли и значения ДА в решении системы ГнРГ—ЛГ.
Серотонинергическая система ЦНС представляет собой популяцию нейронов ствола мозга, которые берут начало в ядрах шва среднего мозга. Аркуатные ядра получают плотную серотонинергическую иннервацию, тесно контактирующую с дофаминергическими клеточными телами аркуатного ядра и медиальной зоны инсепта. Описаны контакты между нейрональными элементами, содержащими ГнРГ и серотонин, в преоптической области, концевой пластинке и срединном возвышении. Серотонин обнаружен в нервных окончаниях, локализованных вокруг больших кровеносных сосудов аденогипофиза, а также в секреторных гранулах гонадотрофов. Причастность серотонина к регуляции гонадотропной функции гипофиза доказана многочисленными исследованиями. Он может как стимулировать, так и тормозить эту функцию в зависимости от гормонального фона. Действие серотонина на секрецию ЛГ и овуляцию опосредовано регуляцией секреции ГнРГ нейросекреторными нейронами. Серотонинергическая система является одной из многих нейросекреторных систем, тесно связанных с гонадотропинрегулирующей системой преоптикопереднего и медиобазального отделов гипоталамуса и срединного возвышения. Половые гормоны модулируют активность этой нейротрансмиттерной системы. Анализ роли нейромедиаторов адренергического ряда в регуляции гонадотропной функции гипофиза позволяет утверждать, что НА следует рассматривать в качестве ведущего агента в регуляции секреции ЛГ, основной точкой приложения которого является преоптическая область. ДА реализует свой эффект через аркуатную область гипоталамуса, а серотонин играет роль синхронизирующего агента.
Новый класс соединений, выделяемых в группу пептидных нейромедиаторов, вносит свой вклад в наши представления об участии нервной системы в регуляции эндокринных функций гипофиза. Обнаружение регуляторных пептидов, общих как для нервной, так и для эндокринной систем, вызвало революцию в наших представлениях. Возникло новое направление исследований — психонейроэндокринология.
Практически каждый из перечисленных выше нейропептидов причастен к регуляции секреции гонадотропинов, ПРА, АКТГ, ТТГ. Большинство из них обнаружено в медиобазальном гипоталамусе. Нейропептиды, выделяясь в гипофизарную портальную систему, действуют на несколько типов аденогипофизарных клеток и, кроме того, взаимодействуют с многими нейромедиаторами непептидной природы, поступающими в медиобазальный гипоталамус из других структур, что в свою очередь обеспечивает их прямое или опосредованное действие на гормональный контроль.
Гипоталамические нейроны, продуцирующие нейропептиды, составляют общую систему. Большинство их клеточных тел локализовано в паравентрикулярных ядрах, медиальной перивентрикулярной области и аркуатных ядрах. Незначительная часть таких нейронов обнаружена в преоптической области и супрахиазматических ядрах. Бóльшая часть всех этих нейронов заканчивается в области срединного возвышения. Аксональные коллатерали иннервируют ряд гипоталамических и экстрагипоталамических структур. Нервные клетки паравентрикулярных и аркуатных ядер в свою очередь имеют многочисленные контакты с большим числом других структур ЦНС, что и определяет их стратегическую позицию в координации гормональной регуляции, а также ряда поведенческих реакций. Особенно это касается полового поведения, требующего синхронизации поведенческих компонентов с процессами менструального цикла. Окончания нейронов, синтезирующих нейропептиды, тесно контактируют не только с перикарионами, вырабатывающими нейротрансмиттеры, но и с нейронами, синтезирующими нейропептиды. Например, ГнРГ-продуцирующие нейроны и их волокна могут оканчиваться на аналогичных клеточных телах; имеют место также аксо-аксональные контакты.
Учитывая большое число нейропептидов, принимающих участие в регуляции репродуктивной системы, целесообразно сгруппировать их по месту синтеза. Такими группами могут быть: 1) нейропептиды, продуцируемые нейронами, локализованными, главным образом, в преоптической области (соматостатин, ГнРГ, тахикинины, нейротензин, предсердный натрийуретический гормон); 2) нейропептиды, продуцируемые нейронами аркуатной области (панкреатический нейропептид, пептид YY, нейропептид Y); 3) нейропептиды, синтезирующиеся в перикарионах паравентрикулярных или супраоптических ядер (ТРГ, КРГ, холецистокинин, вазопрессин, окситоцин, ангиотензин, брадикинин, бомбезин); 4) гастроинтестинальные пептиды (ВИП, гастроинтестинальный пептид); 5) семейство опиоидных пептидов.
Механизм действия этих нейропептидов как на гипоталамическом, так и на гипофизарном уровне можно проследить на примере модуляции секреции гонадотропинов, ПРЛ, окситоцина, т.е. тех гормонов, которые имеют отношение к репродуктивной функции. Например, соматостатин, который обнаружен во многих структурах ЦНС и главным действием которого является угнетение продукции гормона роста и частично ТТГ и ПРЛ, способен изменять активность нейромедиаторных систем мозга, вызывая блокаду секреции ГнРГ.
Группа классических пептидов (тахикинины А и Б, субстанция Р) стимулирует выделение ПРЛ и тормозит выделение гормона роста. Пептид нейротензин широко распространен в ЦНС и проявляет свой эффект за счет стимуляции секреции инсулина, ингибиции секреции глюкагона и модуляции гастроинтестинальной перистальтики. Внутрижелудочковое введение нейротензина снижает уровень ЛГ в крови, что делает возможным его участие в контроле гонадотропной функции гипофиза. Предсердный натрийуретический гормон угнетает выделение вазопрессина и может стимулировать выделение ЛГ и пролонгировать действие ГнРГ. Семейство панкреатических пептидов также причастно к функционированию репродуктивной системы, они чаще всего блокируют секрецию ЛГ и снижают частоту пульсации ГнРГ в срединном возвышении.
Пептиды, синтезирующиеся в паравентрикулярных и супрахиазматических ядрах, основными из которых являются вазопрессин и окситоцин, наиболее активно влияют на репродуктивную систему. Основная гормональная функция вазопрессина на уровне аденогипофиза — стимуляция выделения АКТГ за счет усиления действия КРГ. Имеются данные о тормозном влиянии вазопрессина на секрецию ПРЛ за счет повышения обмена ДА в тубероинфундибулярных нейронах. Стимулирующий эффект вазопрессина на выделение ПРЛ может опосредоваться опиатными нейронами. ТРГ, синтезирующийся в паравентрикулярных ядрах, помимо своего прямого действия на секрецию ТТГ, способен стимулировать выделение ПРЛ и гормона роста, и его эффект усиливается под влиянием эстрогенов. ТРГ также оказывает влияние на обмен нейромедиаторов в мозге. Из группы гастроинтестинальных пептидов следует выделить вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), основное нейроэндокринное действие которого сводится к стимуляции выделения ПРЛ, а также гормона роста и ТТГ. Этот эффект является эстрогензависимым.
Особое внимание в регуляции гонадотропной функции гипофиза в последние годы уделяется опиоидным пептидам. Главным действием опиоидов является их способность повышать выделение ПРЛ и гормона роста и блокировать секрецию ЛГ, ФСГ и ТТГ. Они специфически ингибируют овуляторный выброс ЛГ и ФСГ. Опиаты способны регулировать амплитуду и частоту пульсации ЛГ за счет модуляции гипоталамического пейсмекера, контролирующего периодичность активации ГнРГ-продуцирующих нейронов. Влияние опиатов на секрецию ЛГ опосредовано повышением секреции ПРЛ. Опиаты блокируют тоническую секрецию ГнРГ на фоне высокого уровня ПРЛ. Регуляция процессов биосинтеза и секреции ПРЛ, как и ЛГ, опиоидными пептидами осуществляется через специфические рецепторы.
Приведенные выше данные о влиянии различных нейромедиаторов адренергической природы и нейропептидов ставят вопрос о том, каким образом разные вещества с различными механизмами действия координируют работу репродуктивной системы. В ряде случаев отмечен синергизм их действия как на гипоталамическом, так и на гипофизарном уровне, в других — антагонизм их влияния. Можно отметить параллелизм в действии различных медиаторов, вырабатываемых в одних и тех же структурах. В настоящее время наблюдается быстрый прогресс в изучении химии и нейроанатомии нейросекреторных нейронов, участвующих в регуляции репродуктивной функции.
В настоящее время цельное представление о функционировании гипоталамо-гипофизарной системы распалось на отдельные направления исследований с использованием новых специфических методических приемов. Интенсивно используются достижения смежных дисциплин, таких как иммунология. Показана тесная взаимосвязь нейроэндокринной и иммунной систем в различные периоды жизни и при различных физиологических состояниях. Например, с возрастом снижается реакция иммунной системы и параллельно снижается активность гормона роста. При беременности снижается секреция пролактина и окситоцина и повышается секреция половых гормонов — эстрогенов, прогестерона. Доказана взаимосвязь нервной, иммунной и эндокринной систем регуляции секреции инсулина. Разработка фундаментальных аспектов нейроэндокринологии открывает широкие перспективы лечения нарушений репродуктивной системы, заболеваний щитовидной железы или надпочечников гормональными средствами или препаратами, обладающими нейрогенными свойствами. Такими препаратами могут быть производные нейромедиаторов адренергической, холинергической природы, а также нейропептиды.
Начиная с конца 50-х годов прошлого столетия внимание исследователей всего мира все больше стало привлекать изучение воздействия гормональных факторов на функцию головного мозга. В результате многочисленных исследований родилась новая наука — психонейроэндокринология. Ее задачами является изучение вопросов, связанных с влиянием гормонов на высшие функции мозга, — от молекулярного уровня до различных сторон психической деятельности.
Проблема воздействия гормональных факторов на высшие интегративные функции мозга чрезвычайно сложна как по существу, так и в силу отсутствия объективной модели, отражающей зависимость между уровнем гормонов в организме и его влиянием на когнитивные функции.
Показано, что гормоны, взаимодействуя с нейромедиаторами, образуют на уровне ЦНС единую координирующую нейрогуморальную систему, контролирующую интегративную деятельность головного мозга. Нарушение биосинтеза или обмена нейромедиаторов, нарушения их взаимодействия с соответствующими рецепторами могут играть патогенетическую роль в развитии ряда нервно-психических состояний. Сложились устойчивые представления о том, что функция гормонов в ЦНС связана с контролем экспресии гормонзависимых генов и регуляции таких процессов, как развитие и старение мозга, регенерация, адаптация, память.
Различают геномный и негеномный механизм действия гормонов. Полипептидные гормоны действуют на специфические рецепторные зоны мембраны клетки. Связывание лиганда поверхностными рецепторами клетки индуцирует внутриклеточный сигнал (цАМФ и/или кальций) и приводит к быстрому результату (активации остеокластов, секреции кортизола и т.п.). Трансдукция сигнала полипептидных гормонов может вовлекать фосфатидилиновый путь или фосфорилирование рецепторов.
Стероидные и тиреоидные гормоны проявляют свое действие главным образом через специфические внутричерепные связывающие белки, которые взаимодействуют с элементами генов клеток-мишеней, что сопровождается изменением транскрипции специфических генов.
Гипофиз — главный регулятор функционирования эндокринных желез
В аденогипофизе секретируются следующие гормоны: ТТГ, АКТГ, ЛГ и ФСГ, которые оказывают стимулирующее влияние соответственно на клетки щитовидной железы, коры надпочечников и половые железы. Попадая в кровь, гормоны периферических желез активизируют деятельность всех органов и тканей организма, в том числе и аденогипофиза. Осуществляя обратную связь, они блокируют избыточное поступление тропных гормонов гипофиза. Наступает равновесие между мутацией гормонов гипофиза и потребностью организма в гормонах периферических желез. Несколько иной результат наблюдается в отношении ПРА и гормона роста, не имеющих специализированного целевого органа, секреция которого оказывала бы тормозной эффект на выделение этих гормонов. Помимо блокирующего эффекта гормонов периферических желез на синтез и секрецию тропных гормонов гипофиза, аналогичным эффектом обладают также ингибиторные факторы гипоталамического происхождения.
Синдромы эндокринной недостаточности, обусловленные полным или частичным выпадением функций передней и задней долей гипофиза, обозначаются как гипопитуаризм. Гипофункция гипофиза может быть следствием поражения самого гипофиза или гипоталамуса. Результат один — сниженная секреция гипофизарных гормонов с последующим дефицитом гормонов периферических желез.
Уровень гормона роста в крови в норме очень низок, но увеличивается при физической нагрузке, во время сна и при стрессе. Наиболее надежные стимулирующие тесты для данного гормона — индуцированная инсулином гипогликемия, инфузия аргинина или введение L-допа. Эти тесты сопровождаются увеличением секреции гипоталамического соматолиберина.
Секреция пролактина у здоровых людей обычно низкая в течение дня, увеличивается во сне, при стрессе и родах. В клинике используют провоцирующий тест с внутривенным введением ТРГ