Анатомія і фізіологія гіпофіза і гіпоталамуса. Гонадотропні гормони

Гонадотропні гормони (гонадотропіни) представлені в організмі у вигляді ЛГ і ФСГ. Функціональне призначення цих гормонів в цілому зводиться до забезпечення репродуктивних процесів у особин обох статей. Вони, як і ТТГ, є складними білками - гликопротеидами. ФСГ індукує дозрівання фолікулів в яєчниках у самок і стимулює сперматогенез у самців. ЛГ викликає у самок розрив фолікула з утворенням жовтого тіла і стимулює секрецію естрогенів і прогестерону. У самців цей же гормон прискорює розвиток інтерстиціальної тканини і секрецію андрогенів. Ефекти дії гонадотропінів залежні один від одного і протікають синхронно.

Динаміка секреції гонадотропінів у жінок змінюється в ході менструального циклу і досить докладно вивчена. У преовуляторного (фолікулярну) фазу циклу зміст ЛГ знаходиться на досить низькому рівні, а ФСГ - збільшено. У міру дозрівання фолікула секреція естрадіолу підвищується, що сприяє підвищенню продукування гіпофізом гонадотропінів і виникнення циклів як ЛГ, так і ФСГ, тобто статеві стероїди стимулюють секрецію гонадотропінів.

В даний час структура ЛГ визначена. Як і ТТГ, він складається з 2 субодиниць: а і в. Структура а-субодиниці ЛГ у різних видів тварин в значній мірі збігається, вона відповідає будові а-субодиниці ТТГ.

Структура в -субодиниці ЛГ помітно відрізняється від будови 3-суб`едіні-ці ТТГ, хоча має чотири однакових ділянки пептидного ланцюга, що складаються з 4-5 амінокислотних залишків. У ТТГ вони локалізуються в положеннях 27-31, 51-54, 65-68 і 78-83. Так як в-субодиниця ЛГ і ТТГ визначає специфічну біологічну активність гормонів, то можна припустити, що гомологічні ділянки в структурі ЛГ і ТТГ повинні забезпечувати з`єднання в-субодиниць з а-субодиницею, а різні за структурою ділянки - відповідати за специфічність біологічної активності гормонів.

Нативний ЛГ дуже стабільний до дії протеолітичних ферментів, однак по-субодиниця швидко розщеплюється химотрипсином, а а-субодиниця важко гідролізується ферментом, т. Е. Вона виконує захисну роль, запобігаючи доступ химотрипсина до пептидним зв`язкам.

Що стосується хімічної структури ФСГ, то в даний час дослідники не отримали остаточних результатів. Так само, як і ЛГ, ФСГ складається з двох субодиниць, проте в-субодиниця ФСГ відрізняється від р-субодиниці ЛГ.

У процесах репродукції активну участь бере ще один гормон - пролактин (лактогенний гормон). Основні фізіологічні властивості пролактину у ссавців проявляються у вигляді стимуляції розвитку молочних залоз і лактації, зростання сальних залоз і внутрішніх органів. Він сприяє прояву ефекту стероїдів на вторинні статеві ознаки у самців, стимулює секреторну активність жовтого тіла у мишей і щурів і бере участь в регуляції жирового обміну.

Багато уваги приділяється пролактину в останні роки як до регулятора материнського поведінки, така поліфункціональність пояснюється його еволюційним розвитком. Він один із стародавніх гіпофізарних гормонів і виявляється навіть у амфібій. В даний час повністю розшифрована структура пролактину деяких видів ссавців. Однак до останнього часу вчені висловлювали сумніви в існуванні такого гормону у людини. Багато хто вважав, що його функцію виконує гормон росту.

Зараз отримані переконливі докази наявності пролактину у людини і частково розшифрована його структура. Рецептори пролактину активно пов`язують гормон росту і плацентарний лактоген, що свідчить про єдиний механізм дії трьох гормонів.

Ще більш широким спектром дії, ніж пролактин, володіє гормон росту - соматотропін. Як і пролактин, він виробляється ацидофільними клітинами аденогіпофіза. СТГ стимулює зростання скелета, активує біосинтез білка, дає жиромобилизующий ефект, сприяє збільшенню розмірів тіла. Крім того, він координує обмінні процеси.

Участь гормону в останніх підтверджується фактом різкого збільшення його секреції гіпофізом, наприклад, при зниженні вмісту цукру в крові.

Хімічна структура цього гормону людини в даний час повністю встановлена - 191 амінокислотний залишок. Первинна структура його аналогічна будові хоріонічного соматомаммотропін або плацентарного лактогену. Ці дані вказують на значну еволюційну близькість двох гормонів, хоча вони виявляють відмінності в біологічній активності.

Необхідно підкреслити велику видову специфічність розглянутого гормону - наприклад, СТГ тваринного походження неактивний у людини. Це пояснюється як реакцією між рецепторами СТГ людини і тварин, так і будовою самого гормону. В даний час ведуться дослідження по виявленню активних центрів в складній структурі СТГ, що виявляють біологічну активність. Вивчаються окремі фрагменти молекули, що проявляють інші властивості.

Наприклад, після гідролізу СТГ людини пепсином був виділений пептид, що складається з 14 амінокислотних залишків і відповідний ділянці молекули 31-44. Він не володів ефектом зростання, але по липотропной активності значно перевершував нативний гормон. Гормон росту людини, на відміну від аналогічного гормону тварин, має значну лактогенного активністю.

У аденогипофизе синтезується багато як пептидних, так і білкових речовин, що володіють жиромобилизующего дією, а гормони тропів гіпофіза - АКТГ, СТГ, ТТГ і інші - надають липотропное дію. В останні роки особливо виділені в- і у-ліпотропні гормони (ЛПГ). Найбільш докладно вивчені біологічні властивості 3-ЛПГ, який, крім липотропной активності, надає також меланоцітостімулірующего, кортікотропінстімулірующее і гіпокальціеміческіе дію, а також дає інсуліноподібний ефект.

В даний час розшифрована первинна структура овечого ЛПГ (90 амінокислотних залишків), ліпотропних гормонів свині і великої рогатої худоби. Цей гормон має видову специфічність, хоча структура центрального ділянки в-ЛПГ у різних видів однакова. Вона визначає біологічні властивості гормону. Один з фрагментів цієї ділянки виявляється в структурі а-МСГ, в-МСГ, АКТГ і в-ЛПГ. Висловлюється припущення, що ці гормони в процесі еволюції виникли з одного і того ж попередника. у-ЛПГ має слабшу липотропной активністю, ніж в-ЛПГ.

Меланоцитостімулірующий гормон, що синтезується в проміжній частці гіпофіза, за своєю біологічною функції стимулює біосинтез шкірного пігменту меланіну, сприяє збільшенню розмірів і кількості пігментних клітин меланоцитів в шкірних покривах земноводних. Ці якості МСГ використовуються при біологічному тестуванні гормону.

Розрізняють два типу гормону: а- і в-МСГ. Показано, що сс-МСГ не володіє видовою специфічністю і має однакову хімічну будову у всіх ссавців. Молекула його представляє собою пептидний ланцюг, що складається з 13 амінокислотних залишків. в-МСГ, навпаки, володіє видовою специфічністю, і структура його різниться у різних тварин. У більшості ссавців молекула в-МСГ складається з 18 амінокислотних залишків, і тільки у людини вона подовжена з аминного кінця на чотири амінокислотних залишку. Слід зазначити, що а-МСГ володіє деякою адренокортикотропної активністю, і в даний час доведено його вплив на поведінку тварин і людини.

У задній частині гіпофізу скупчуються вазопресин і окситоцин, які синтезуються в гіпоталамусі: вазопресин - в нейронах супраоптического ядра, а окситоцин - паравентрікуляторного. Далі вони переносяться в гіпофіз. Слід підкреслити, що в гіпоталамусі спочатку синтезується попередник гормону вазопресину. Одночасно там же продукується білок-нейрофізін 1-го і 2-го типів. Перший пов`язує окситоцин, а другий - вазопресин.

Ці комплекси мігрують у вигляді нейросекреторну гранул в цитоплазмі уздовж аксона і досягають задньої долі гіпофіза, де нервові волокна закінчуються в стінці судин і вміст гранул надходить в кров. Вазопресин і окситоцин - перші гіпофізарні гормони з повністю встановленої амінокислотною послідовністю. За своєю хімічною структурою вони представляють собою нонапептид з одним дисульфідні містком.

Розглянуті гормони дають різноманітні біологічні ефекти: стимулюють транспорт води і солей через мембрани, надають вазопресорну дію, посилюють скорочення гладкої мускулатури матки при пологах, підвищують секрецію молочних залоз. Слід зазначити, що вазопресин володіє вищою, ніж окситоцин, антидіуретичній активністю, тоді як останній сильніше діє на матку і молочну залозу. Основним регулятором секреції вазопресину є споживання води, в ниркових канальцях він зв`язується з рецепторами в цитоплазматичних мембранах з наступною активацією в них ферменту аденілатциклази. За зв`язування гормону з рецептором і за біологічний ефект відповідають різні ділянки молекули.

Гіпофіз, пов`язаний через гіпоталамус з усією НС, об`єднує в функціональне ціле ендокринну систему, яка бере участь в забезпеченні сталості внутрішнього середовища організму (гомеостаз). Усередині ендокринної системи гомеостатическая регуляція здійснюється на основі принципу зворотного зв`язку між передньою долею гіпофіза і железамі- «мішенями» (щитовидна залоза, кора надниркових залоз, гонади). Надлишок гормону, що виробляється железой- «мішенню», гальмує, а його недолік стимулює секрецію і виділення відповідного тропного гормону. У систему зворотного зв`язку включається гіпоталамус.

Саме в ньому знаходяться чутливі до гормонів залоз- «мішеней» рецепторні зони. Специфічно зв`язуючись з тими, які циркулюють в крові гормонами і змінюючи реакцію в залежності від концентрації гормонів, рецептори гіпоталамуса передають свій ефект у відповідні гіпоталамічні центри, які координують роботу аденогипофиза, виділяючи гипоталамические аденогіпофізотропние гормони. Таким чином, гіпоталамус слід розглядати як нейроендокринний мозок.

Гіпоталамус визначається як подбугорье, яке займає частину проміжного мозку, розташованого донизу від таламуса під гипоталамической борозною, і являє собою скупчення нервових клітин з численними аферентних і еферентних зв`язками. Гіпоталамус - вищий вегетативний центр, який координує функції різних внутрішніх систем, адаптуючи їх до цілісної діяльності організму. Він має суттєве значення в підтримці оптимального рівня обміну речовин (білкового, вуглеводного, жирового, водного і мінерального) і енергії, в регуляції температурного балансу організму, діяльності травної, серцево-судинної, видільної, дихальної та ендокринної систем. Під контролем гіпоталамуса знаходяться такі залози внутрішньої секреції, як гіпофіз, щитовидна залоза, статеві залози, надниркові залози, підшлункова залоза.

Регуляція тропних функцій гіпофізу здійснюється шляхом виділення гіпоталамічних нейрогормонів, що надходять в залозу через портальну систему судин. Між гіпоталамусом і гіпофізом існує зворотний зв`язок, за допомогою якої регулюються їх секреторні функції. Цей зв`язок прийнято називати короткою на відміну від довгої, що з`єднує залози-«мішені» і гіпоталамус або гіпофіз, і ультракороткою зворотного зв`язку, що замикається в тій же структурі, в якій йде виділення гормону.

Процес секреції тропних гормонів гіпофіза контролюється як з боку периферичних гормонів, так і гіпоталамічних рилізинг-гормонів. У гіпоталамусі виявлено сім гіпоталамічних нейрогормонів, що активують, і три - пригнічують виділення тропних гормонів гіпофіза. Класифікація гіпоталамічних нейрогормонів заснована на їх здатності стимулювати або пригнічувати виділення відповідного гормону гіпофіза.

До першої групи належать кортиколиберин - рилізинг-гормон АКТГ, або кортикотропного (КРГ) - тиреоліберином - тиреотропин-рилізинг-гормон (ТРГ) - люліберін - рилізинг-гормон лютеїнізуючого гормону (ЛГ-РГ) - фолліберін - рилізинг-гормон фолікулостимулюючого гормону (ФСГ -РГ) - соматолиберин - соматотропін-рилізинг-гормон (СРГ) - пролактоліберін - пролактин-рилізинг-гормон (ПРГ) - меланоліберін - рилізинг-гормон меланоцітостімулірующего гормону (МРГ) - до другої - пролактостатін - пролактінін-гібірующій гормон (ПІФ) - меланостатин - інгібує гормон меланоцітостімулірующего гормону (МІФ) - соматостатин - соматотропін-інгібуючий фактор (СІФ).

До гипоталамическим нейрогормонів слід віднести також вазопресин (ВП) і окситоцин, які продукують нервовими клітинами крупноклітинних ядер гіпоталамуса, які транспортуються по власних аксонах в задню частку гіпофіза.

Все гипоталамические нейрогормони представляють собою речовини пептидної природи. Дослідження хімічної структури нейрогормонов, розпочаті більше 25 років тому, встановили будова тільки п`яти гормонів цієї групи пептидів: ТРГ, ЛГ-РГ, СИФ, СРГ і КРГ. Ці сполуки складаються відповідно з 3, 10, 14, 44, 41 амінокислоти. Хімічна природа інших гіпоталамічних рилізинг-гормонів повністю не встановлена. Зміст нейрогормонов в гіпоталамусі є зовсім незначною і виражається в нанограммах. Синтез п`яти зазначених нейропептидів в великих кількостях дозволив відпрацювати радіоімунологічні методи їх визначення і уточнити їх локалізацію в гіпоталамічних ядрах.

Дані останніх років свідчать про значне поширення нейрогормонов за межами гіпоталамуса, в інших структурах центральної нервової системи, а також в шлунково-кишковому тракті. Є всі підстави вважати, що ці гипоталамические нейрогормони виконують ендокринну та нейромедиаторную або нейромодуляторную функції, будучи одним з компонентів фізіологічно активних речовин, що визначають ряд системних реакцій, таких як сон, пам`ять, статева поведінка і інші.

Гіпоталамічні нейрогормони синтезуються в перікаріона нейронів дрібноклітинних структур гіпоталамуса, звідки вони надходять по аксонах в нервові закінчення, де накопичуються в окремих синаптичних бульбашках. Передбачається, що в перікаріона зберігається прогормон з більшою відносною молекулярною масою, ніж справжній гормон, що виділяється в синаптичну щілину. Слід зазначити деяку дискретність локалізації місць синтезу в гіпоталамусі люліберіна (передній гіпоталамус) і диффузность тиролиберина і соматостатину.

Наприклад, зміст тиреоліберином в гіпоталамусі становить тільки 25% від загального вмісту його в центральну нервову систему. Дискретність локалізації нейрогормонов визначає причетність тієї чи іншої області гіпоталамуса до регуляції певної тропной функції гіпофіза.

Вважають, що передня область гіпоталамуса бере безпосередню участь в регуляції виділення гонадотропінів. Більшість дослідників вважають центром регуляції тиреоїдної функції гіпофіза область, розташовану в переднебазальной частини гіпоталамуса, нижче околожелудочного ядра, що простирається від надзрітельное ядер спереду до аркуатних ядер вкінці. Локалізація областей, вибірково контролюючих адренокортикотропну функцію гіпофіза, вивчена недостатньо. Ряд учених пов`язують регуляцію виділення АКТГ з задньої областю гіпоталамуса. Локалізація областей гіпоталамуса, що беруть участь в регуляції секреції інших гормонів тропів гіпофіза, залишається неясною.

Слід зазначити, що максимальна концентрація всіх відомих гіпоталамічних нейрогормонів виявляється в серединному підвищенні, т. Е. На кінцевому етапі вступу їх в портальну систему. Функціональне відокремлення і розмежування гіпоталамічних зон по їх участі в контролі тропних функцій гіпофізу неможливо провести досить чітко. Численні дослідження показали, що передня область гіпоталамуса має стимулюючий вплив на статевий розвиток, а задня область - гальмує.

У хворих з патологією гіпоталамічної області спостерігається порушення функцій статевої системи - статева слабкість, порушення менструального циклу. Відомо багато випадків прискореного статевого дозрівання в результаті надмірного подразнення пухлиною області сірого бугра. При Адіпозогенітальная синдромі, пов`язаному з ураженням туберальной області гіпоталамуса, також спостерігаються порушення статевої функції. Зниження або навіть повна втрата нюху при гіпогеніталізмі також пов`язані зі зниженням змісту люліберіна в нюхових цибулинах.

Гіпоталамус бере участь в регуляції вуглеводного обміну - пошкодження задніх його відділів викликає гіперглікемію. У деяких випадках при змінах гіпоталамуса спостерігають ожиріння, кахексию. Вона розвивається зазвичай при ураженні верхнемедіального ядра і серобугровой області гіпоталамуса. Показана роль надзрітельное і околожелудочкового ядер в механізмі виникнення нецукрового діабету.

Тісні зв`язки гіпоталамуса з іншими структурами ЦНС обумовлюють його участь у багатьох інших фізіологічних процесах життєдіяльності організму - терморегуляції, травленні і регуляції кров`яного тиску, чергуванні сну і неспання. Йому належить головна роль у формуванні основних потягів організму - мотивацій. В основі цього лежить здатність гіпоталамічних нейронів специфічно реагувати на зміну рН крові, напруга вуглекислоти і кисню, вміст іонів, особливо калію і натрію.

Інакше кажучи, клітини гіпоталамуса виконують функцію рецепторів, що сприймають зміну гомеостазу, і мають здатність трансформувати гуморальні зміни внутрішнього середовища в нервовий процес. Що виникає в клітинах гіпоталамуса збудження поширюється на сусідні структури головного мозку. Це веде до мотиваційному порушення, що супроводжується якісним біологічним своєрідністю поведінки.

Гіпоталамічні нейрогормони є високоактивними фізіологічними сполуками, які займають провідне місце в системі зворотних зв`язків між гіпоталамусом, гіпофізом і железамі- «мішенями». Фізіологічна дія нейрогормонов зводиться до збільшення або зниження концентрації відповідних тропних гормонів у крові. Слід звернути увагу на відсутність видової специфічності у гіпоталамічних нейрогормонів, що дуже важливо для медичної практики.

Н.Т. Старкова