2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_практикум_Часть_2_Зинчук_В_В_2015

вмембране клетки белка-переносчика ГЛЮТ-4. Под влиянием инсулина данный белок перемещается из цитоплазмы в плазматическую мембрану, и глюкоза поступает в клетку путем облегченной диффузии. Стимуляция инсулином приводит к увеличению скорости поступления глюкозы внутрь клетки в 20–40 раз. В наибольшей степени от инсулина зависит транспорт глюкозы в мышечной и жировой тканях. В инсулинонезависимых тканях в мембране клетки ГЛЮТ-4 отсутствует, а имеются другие белки — переносчики глюкозы (ГЛЮТ 1,2,3,5,7), которые встраиваются в мембрану независимо от инсулина. С помощью этих белков глюкоза путем облегченной диффузии транспортируется в клетку по градиенту концентрации. К инсулинонезависимым тканям относятся: мозг, эпителий ЖКТ, эндотелий, эритроциты, хрусталик, β-клетки островков Лангерганса, мозговое вещество почек, семенные везикулы.

Инсулин повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы и ее утилизацию (гликолиз), стимулирует синтез гликогена, угнетает глюконеогенез. Инсулин является основным гормоном, обеспечивающим гипогликемический эффект (снижение уровня глюкозы в плазме крови). Инсулин также стимулирует анаболизм белка, угнетает липолиз и уменьшает количество кетоновых тел

вкрови.

Секрецию инсулина повышают глюкагоноподобный пептид типа 1 (ГПП-1), желудочный ингибирующий пептид (ЖИП), соматотропин, кортикотропин, активация парасимпатического отдела ВНС, ацетилхолин. Известно, что пероральный прием глюкозы вызывает значительно более сильную секрецию инсулина, чем парэнтеральное введение, несмотря на одинаковую концентрацию глюкозы в обоих случаях. Таким образом, кроме концентрации D-глюкозы в плазме крови, гастроинтестинальные гормоны участвуют в регуляции секреции инсулина (ГПП-1, гастрин, секретин, ЖИП). ГПП-1 рассматривается как самый сильный эндогенный стимулятор секреции инсулина. Соматостатин, панкреатический полипептид, активация симпатического отдела ВНС, катехоламины уменьшают секрецию инсулина.

При дефиците инсулина развиваются гипергликемия, глюкозурия, полиурия, жажда, постоянное чувство голода, кетонемия, ацидоз, иммунодепрессия и др.

Глюкагон (полипептид, 29 аминокислотных остатков) стимулирует гликогенолиз и глюконеогенез, повышает уровень глюкозы крови. Глюкагон оказывает выраженное контринсулярное действие, заключающееся в стимуляции β-клеток островков Лангерганса, увеличении секреции инсулина, активации инсулиназы печени и антагонистических эффектах на метаболизм. Глюкагон стимулирует липолиз, катаболизм белка, повышает количество кетоновых тел в крови.

Соматостатин (14 аминокислотных остатков) тормозит секрецию гастроинтестинальных пептидов, инсулина и глюкагона.

Гастрин (17 аминокислотных остатков) стимулирует секрецию HCl и пепсина в желудке и выделение сока поджелудочной железы.

Панкреатический полипептид (36 аминокислотных остатков) уменьшает секрецию инсулина, подавляет секрецию бикарбонатов поджелудочной железой.

Липокаин (предположительно полипептид, химическая структура не установлена, растворим в воде) активизирует утилизацию жиров за счет стимуляции образования липидов и окисления жирных кислот в печени. Потенцирует действие пищевых липотропных факторов. Предотвращает жировое перерождение печени.

12.21. Функциональная система поддержания уровня глюкозы в крови

Гуморальная регуляция контролирует обмен белков, жиров, углеводов и водно-электролитный баланс. Особую роль имеет регуляция уровня глюкозы в организме в связи с высокой вероятностью развития сахарного диабета, который составляет до 90 % всей эндокринной патологии. Важнейшим звеном регуляции углеводного обмена является функциональная система, поддерживающая оптимальный уровень глюкозы в организме. Полезным приспособительным результатом данной функциональной системы является оптимальный уровень глюкозы в крови (3,3–5,5 ммоль/л), являющийся жесткой константой. Повышение уровня глюкозы крови (гипергликемия) или снижение ниже нормальных значений (гипогликемия) крайне неблагоприятно действуют на различные клетки организма.

Изменения уровня глюкозы крови воспринимаются особыми хеморецепторами (глюкорецепторами). Периферические глюкорецепторы, расположенные в печени, поджелудочной железе, сосудах и ЖКТ, по нервным путям передают информацию об уровне глюкозы в ЦНС. Кровь, притекая в головной мозг, обеспечивает поступление глюкозы в ЦНС, где ее уровень контролируется центральными глюкорецепторами, расположенными в продолговатом мозге, мозжечке, коре больших полушарий, и особенно гипоталамусе. Получив информацию о содержании глюкозы, различные структуры ЦНС и в первую очередь гипоталамус оказывают гуморальные (статины и либерины) и нервные (ВНС) регуляторные влияния на процессы обмена веществ в организме. Деятельность островкового аппарата поджелудочной железы регулируется уровнем глюкозы притекающей крови, воздействием различных гуморальных факторов (желудочный ингибиторный пептид, соматостатин

идр.), а также ВНС. Статины и либерины влияют на выделение гормонов аденогипофиза, которые, в свою очередь, регулируют функционирование щитовидной железы и коры надпочечников. Активация симпатического отдела ВНС (например, при эмоциональном стрессе), сопровождается выбросом катехоламинов

ивключением механизмов повышения уровня глюкозы в крови. Важное место среди регуляторных влияний занимает поведенческая регуляция, так как колебания содержания глюкозы крови тесно связаны с чувством голода и последующим приемом пищи.

Взависимости от исходного содержания глюкозы крови регуляторные влияния могут включать механизмы, снижающие или повышающие уровень глюкозы, которые являются исполнительным отделом данной функциональной системы. Увеличение секреции соматотропина, тироксина, глюкагона, глюкокортикоидов и катехоламинов приводит к активации гликогенолиза и глюконеогенеза, увеличению всасывания глюкозы в кишечнике и задержке выделения глюкозы с мочой. При увеличении уровня глюкозы, например после приема богатой углеводами пищи, увеличивается секреция инсулина, который повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы (особенно в мышечной и жировой тканях), стимулирует синтез гликогена в печени и его накопление в мышцах, тормозит глюконеогенез. Таким образом, исполнительные органы данной системы в случае изменения содержания глюкозы способствуют возвращению данного параметра к его оптимальному значению.

12.22. надпочечники

В надпочечниках образуются две различные по химическому строению группы гормонов. В корковом веществе из холестерола синтезируются кортикостероидные гормоны. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле их делят на С18-стероиды (женские половые гормоны — эстрогены), С19-стероиды (мужские половые гормоны — андрогены), С21-стероиды — собственно кортикостероидные гормоны, обладающие специфическим физиологическим действием. В мозговом веществе из аминокислоты тирозина образуются катехоламины. В коре надпочечников при перемещении от наружной поверхности в глубь железы происходит синтез следующих гормонов:

клубочковая зона — минералокортикоиды (альдостерон, дезоксикортикостерон и др.);

пучковая зона — глюкокортикоиды (кортизол, гидрокортизол, кортикостерон);

сетчатая зона — андрогены (дегидроэпиандростерон, 11β-анд- ростендион, 11β-гидроксиандростендион, тестостерон) и незначительное количество эстрогенов и гестагенов.

Основным гормоном мозгового вещества является адреналин. В меньшем количестве здесь образуется норадреналин. Соотношение секретируемых адреналина и норадреналина примерно 5 : 1.

12.22.1. Роль гормонов коры надпочечников в регуляции функций организма

В коре надпочечников синтезируются многообразные стероидные гормоны. В зависимости от их физиологических эффектов различают минералокортикоиды, глюкокортикоиды и половые гормоны.

Альдостерон (молекулярная масса 360 дальтон) является основным представителем минералокортикоидов (около 95 % активности клубочковой зоны). Альдостерон стимулируют Na+/K+-АТФазу в дистальных канальцах нефрона, что приводит к увеличению реабсорбции Na+ и секреции K+ (если pH мочи более 7,3) или ионов Н+ (если pH мочи менее 7,3). Вызывает вторичную задержку воды и хлоридов в организме, облегчает поступление Na+ и H2O внутрь клеток, повышает объем циркулирующей крови и формирует

сдвиг pH крови в щелочную сторону. Основное действие альдостерона заключается в Na-сберегающем эффекте, т.е. Na+ накапливается во внутренней среде организма (плазма крови, спинномозговая жидкость и т.д.).

Кортизол (молекулярная масса 362 дальтон) является основным представителем глюкокортикоидов (около 95 % активности пучковой зоны). Стимулирует катаболизм белка в мышечной, лимфоидной и эпителиальной тканях. Количество аминокислот

вкрови повышается, они поступают в печень, где происходит синтез новых белков. При гиперпродукции кортизола активизируется липолиз, количество жирных кислот в крови повышается, происходит перераспределение жира в организме. Кортизол активирует кетогенез и угнетает липогенез в печени. Жирные кислоты становятся основным источником энергии. Стимулирует аппетит и потребление жира, глюконеогенез; уровень глюкозы крови повышается, а ее утилизация тормозится. Подавляет транспорт глюкозы

вмышечной и жировой ткани, оказывая контринсулярное действие. Глюкокортикоиды оказывают многообразные физиологические

эффекты. Кортизол участвует в процессах стресса и адаптации, являясь преимущественно гормоном хронического стресса. Глюкокортикоиды имеют выраженный противовоспалительный эффект. Подавляют все фазы воспаления. Стабилизируют мембраны лизосом, подавляют выход протеолитических ферментов, снижают проницаемость капилляров и выход лейкоцитов, оказывают антигистаминовый эффект. В связи с уникальным противовоспалительным эффектом, глюкокортикоиды широко используются в клинической медицине и являются вторыми после инсулина по частоте назначения пациентам гормонами. Глюкокортикоиды оказывают жаропонижающий эффект, имеют иммунодепрессивное и противоаллергическое действие, снижают продукцию антител. Уменьшают содержание лимфоцитов, моноцитов, эозинофилов и базофилов крови из-за их перехода в ткани, увеличивают число нейтрофилов из-за выхода из костного мозга, увеличивают число эритроцитов путем стимуляции эритропоэза. Глюкокортикоиды повышают возбудимость ЦНС, сердечно-сосудистой системы и мышц. Стимулируют синтез катехоламинов. Сенсибилизируют сосудистую стенку к вазоконстрикторному действию катехоламинов. За счет поддержания чувствительности сосудов к вазоактивным веществам участвуют в поддержании нормального АД.

12.22.2. Гормоны мозгового вещества надпочечников

Биогенные амины — группа азотсодержащих органических соединений, образующихся в организме путем декарбоксилирования аминокислот, т.е. отщепления от них карбоксильной группы — COOH. Многие из биогенных аминов — гистамин, серотонин,

норадреналин, адреналин, дофамин, тирамин и др. — оказывают выраженный физиологический эффект. Подгруппой биогенных аминов являются катехоламины — производные пирокатехина, активно участвующие в различных физиологических процессах организма. К катехоламинам относятся адреналин, норадреналин

и дофамин.

Катехоламины синтезируются в хромаффинных клетках мозгового вещества надпочечников. Подобные клетки также расположены в аорте, каротидном синусе, в симпатических ганглиях и около них. Совокупность хромаффинных клеток и иннервирующих их преганглионарных волокон симпатической нервной системы формирует симпато­адреналовую систему, обеспечивающую организм катехоламинами. Физиологическое значение данной системы заключается в потенцировании и пролонгировании эффектов симпатической ВНС. Период полураспада норадреналина — 0,5–1 мин, а адреналина — 5–10 мин, в связи с чем секретируемый из хромаффинных клеток адреналин обеспечивает осуществление симпатических эффектов в течение нескольких десятков минут после прекращения активации центров симпатической ВНС.

Синтез катехоламинов осуществляется из аминокислоты тирозина с последовательным образованием 3,4-диоксифенилалинина (ДОФА), дофамина, норадреналина и адреналина.

После секреции катехоламины инактивируются следующими способами:

обратный захват пресинаптическими адренергическими нервными окончаниями (основной способ, 50–80 %);

диффузия от нервного окончания в окружающие ткани, внеклеточную жидкость и кровь (15–40 %);

разрушение тканевыми ферментами: моноаминооксидазой (МАО) в нервных окончаниях и катехол-О-метилтрансферазой (КОМТ), присутствующей диффузно во всех тканях (5–10 %).

Действие катехоламинов опосредовано адренорецепторами. Адреналин связывается как с β-адренорецепторами (в большей степени), так и с α-адренорецепторами. Норадреналин в основном связывается с α-адренорецепторами. В физиологических концентрациях норадреналин практически не активирует β-адренорецепторы.

Различные типы адренорецепторов имеют следующую характеристику:

α1 — расположены в гладких мышцах и их возбуждение вызывает сокращение гладких мышц (исключение — гладкие мышцы сфинктеров ЖКТ);

α2 — расположены на пресинаптической мембране адренергических нейронов в ЦНС, их возбуждение вызывает торможение выделения норадреналина и ацетилхолина в ЦНС;

β1 — расположены преимущественно в сердце и их возбуждение вызывает увеличение ЧСС, ударного и минутного объемов кровообращения;

β2 — расположены в гладких мышцах и их возбуждение вызывает расслабление гладких мышц;

β3 — расположены в жировой ткани и их возбуждение стимулирует липолиз.

Катехоламины стимулируют катаболизм белка, оказывают гипергликемический эффект, стимулируют гликогенолиз в печени и мышцах, активируют глюконеогенез в печени и почках, стимулируют липолиз. Адреналин и норадреналин стимулируют нервную, сердечно-сосудистую, дыхательную и мышечную системы.

12.22.3. Особенности эффектов адреналина и норадреналина

Представители катехоламинов, адреналин и норадреналин, имеют схожую химическую структуру и многие их эффекты характеризуются идентичной направленностью. Например, эти гормоны стимулируют секрецию кортикотропина, расширяют коронарные сосуды, увеличивают ЧСС и систолическое АД, расслабляют бронхиальную мускулатуру, расширяют зрачок, снижают моторную функцию кишечника, увеличивают уровень глюкозы крови. Однако из-за особенностей взаимодействия с α- и β-адренорецепторами

ряд эффектов адреналина и норадреналина разнонаправлены. Например, адреналин увеличивает кровоток в мозге на 20 %, а норадреналин его незначительно уменьшает. Под влиянием адреналина повышается возбудимость ЦНС, появляются беспокойство, тревога. Норадреналин подобного действия не оказывает. Адреналин увеличивает кровоток в скелетных мышцах на 100 %, а норадреналин не влияет или уменьшает его. Норадреналин увеличивает диастолическое АД и периферическое сопротивление сосудов, а адреналин не влияет или уменьшает данные показатели. Норадреналин повышает тонус матки, а адреналин снижает и т.д.

12.22.4. Значение симпато-адреналовой системы в процессах адаптации

Парасимпатическая ВНС обеспечивает процессы пищеварения, восстановления сил, накопления энергии. Симпатическая ВНС позволяет организму быстро адаптироваться к чрезвычайным внешним воздействиям путем активации нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, мышечной систем и увеличения затрат энергии. Под влиянием преганглионарных симпатических нервов в хромаффинных клетках мозгового вещества надпочечников и других тканей секретируются катехоламины (преимущественно адреналин), которые потенцируют симпатические эффекты. Симпато-адреналовая система первой активируется при реакции стресса, обеспечивая реакцию «тревоги» или «бега и борьбы». Катехоламины являются ведущими гормонами при остром стрессе. Симпато-адреналовая система включает «аварийные» защитные реакции на эмоциональный стресс, механическую травму, переохлаждение/перегревание, боль, кровопотерю, интоксикацию и т.д. Умеренная активация симпато-адреналовой системы повышает защитные силы организма, ускоряет процессы адаптации. Чрезмерная и продолжительная активация данной системы может сопровождаться резким снижением секреции катехоламинов, истощением организма.

12.23. половые железы

Половые железы относятся к железам смешанной секреции

ипредставлены яичниками у женщин и семенниками у мужчин. Их главной функцией является образование женских и мужских половых клеток: яйцеклеток и сперматозоидов.

Эндокринная функция половых желез заключается в синтезе

исекреции женских и мужских половых гормонов. В интерстициальных клетках (клетки Лейдига), клетках канальцевого эпителия яичка (клетки Сертоли) образуются андрогены (тестостерон и др.). В зернистом слое фолликулов и интерстициальных клетках яичника — эстрогены (эстрадиол и др.). В желтом теле яичника — ге­ стагены или прогестины (прогестерон и др.). Функционирование половых желез определяет половое развитие и созревание организма. Оно характеризуется первичными и вторичными половыми признаками.

Первичные половые признаки — совокупность особенностей (строение половых органов и половых желез), определяющих основные различия между мужчиной и женщиной. Вторичные половые признаки — свойства, зависящие от первичных половых признаков, развивающиеся под воздействием половых гормонов и включающие особенности развития костно-мышечной системы, пропорции тела, строение подкожно-жировой клетчатки, характер волосяного покрова, степень развития молочных желез, тембр голоса, особенности поведения и т.д.

12.23.1. Мужские и женские половые гормоны

Мужские половые гормоны образуются в яичках, яичниках, коре надпочечников. Они представлены андрогенами (тестостерон, дигидротестостерон, андростендион, дигидроэпиандростерон) и пептидными гормонами (ингибин, фоллистатин). В сутки образуется 5–12 мг андрогенов у мужчин и 0,5–1,5 мг у женщин. В плазме крови содержится 8,5–27 нмоль/л тестостерона у мужчин и 0,6–1,9 нмоль/л у женщин.

Андрогены обеспечивают эмбриональную дифференцировку по мужскому типу, формирование мужских половых органов, половое созревание, формирование вторичных мужских половых

признаков. Достаточный уровень андрогенов необходим для осуществления сперматогенеза и репродуктивной функции. Они обладают выраженным анаболическим действием на скелет и мускулатуру, вызывают задержку в организме азота, фосфора, калия

икальция, активируют синтез РНК. Андрогены влияют на ЦНС, обеспечивая формирование мужских психологических черт и полового поведения. Они стимулируют рост костей и закрытие эпифизарных зон роста, активируют гемопоэз. Основным представителем андрогенов является тестостерон (открыт K. David в 1935 г.), который в репродуктивной системе и различных клетках-мишенях (почки, кожа и др.) превращается в дегидротестостерон и опосредует андрогенные эффекты.

Втечение суток у взрослого мужчины секретируется 5–7 мг тестостерона. Из них 95 % выделяется клетками Лейдига в яичках под влиянием лютеинизирующего гормона, а 5 % — в сетчатой зоне коры надпочечников и в результате периферического метаболизма надпочечниковых андрогенов (дигидроэпиандростерона, андростендиона и др.) — в мышечной и жировой тканях. Синтез андрогенов в надпочечниках регулирует кортикотропин, действие которого может усиливаться пролактином. При циркуляции тестостерона в плазме крови около 98 % находится в связанном (неактивном) состоянии (57 % с глобулином, вырабатываемым печенью и связывающим половые гормоны, 40 % — с альбумином

и1 % — с кортикостероидсвязывающим глобулином). Только 2 % тестостерона плазмы находится в свободном (физиологически активном) состоянии.

Женские половые гормоны образуются в яичниках, яичках, коре надпочечников, матке, плаценте и других тканях. К ним относятся эстрогены (β-эстрадиол, эстрон, эстриол), гестагены (прогестерон, 17-α-гидроксипрогестерон), пептидные гормоны (ингибин, релаксин, активин, фоллистатин).

Эстрогены обеспечивают развитие женской репродуктивной системы, формирование вторичных половых признаков. Стимулируют рост протоков и отложение жира в молочной железе. Обеспечивают пролиферативные изменения эндометрия в женском половом цикле. Оказывают влияние на ЦНС: женские психологические черты и половое поведение (участие в процессах кратковременной памяти, антиноцицептивное и антидепрессивное действие). Обеспечивают репродуктивную функцию: увеличивают