Эндокринная система
Некоторые вещи наше тело делает тихо и незаметно, выполняя все самое важное не спеша. Наша эндокринная система — это причина, по которой дети превращаются во взрослых, девочки становятся женщинами, а стадию бодрствования сменяет сон.
И хотя в эндокринной системе есть свои первичные органы, или эндокринные железы, она также привлекает ряд помощников из других систем. Такие структуры называются вторичными органами. Все эндокринные железы выделяют химические вещества — гормоны, которые особым образом влияют на свои клетки-мишени. Основная функция первичных эндокринных органов заключается в выработке гормонов, а вторичные органы выделяют их на стороне. Секрет успеха этой системы кроется в высвобождении мессенджеров, или посредников, в кровь. Как рекламные компании подбирают клиентов по степени их лояльности, так и наша эндокринная система направляет посредников в кровь, ведь там их ждет самая подходящая клеточная аудитория, открывающая доступ к каждой клетке нашего тела. Гормоны передают определенные сообщения, и клетки, восприимчивые к этим сообщениям, получают их благодаря рецепторам на плазменной мембране.
Чтобы поддерживать стабильность системы, применяется принцип отрицательной обратной связи. Гормоны очень эффективны, и их уровень тщательно контролируется, ведь даже небольшое количество гормонов оказывает значительное влияние. Постоянное отслеживание и изменение уровня гормонов и жизненно важных элементов в крови позволяет системе поддерживать гомеостаз.
Эндокринная система состоит из первичных и вторичных органов, которые расположены в различных частях тела. Эти органы выделяют гормоны в кровоток, тем самым вызывая изменения в организме.
Наша эндокринная система является руководителем или участником многих процессов: активации иммунных Т-клеток и создания эритроцитов; деторождения и лактации; суточных, или циркадных, биоритмов и сна; роста; голода; менопаузы и андропаузы; метаболизма; изменения настроения; программируемой клеточной гибели (апоптоза); репродуктивного цикла; полового развития и созревания.
Кроме управления размеренными и стабильными процессами в организме, эндокринная система способна на сравнительно быстрые реакции — потому что от них зависит выживание. В древние времена, когда жили хищники, поедающие людей, именно эндокринная система помогала нашим предкам не стать чьим-то обедом… хотя бы до тех пор, пока эти предки не обзаводились потомством. Реакция «бей или беги» стимулирует симпатическую нервную систему и способствует выделению гормонов адреналина и норадреналина. Эти гормоны ускоряют или замедляют определенные процессы в организме.
Химические революционеры
Известно, что изменения в организме вызывают как минимум 50 гормонов. В основном их выделяют в кровь железы повышенной васкуляризации.
Типы передачи сигналов
Гормоны могут связываться с клетками-мишенями несколькими способами.
Эндокринная сигнализация. Возникает, когда гормоны переносятся на дальние расстояния с током крови. Начинается, когда гормоны оказываются далеко от своего секреторного «дома», и заканчивается до того, как они достигнут клеток-мишеней.
Паракринная сигнализация. Паракринно высвобождаемые гормоны действуют локально и переносятся только до ближайших клеток.
Аутокринная сигнализация. Возникает, когда гормоны достигают границ секреторных клеток и связываются с рецепторами на плазматической мембране.
Интракринная сигнализация. Интракринно выделяемые гормоны не покидают границ клеток. Их цель — оповещать о внутриклеточных событиях.
Эндокринная сигнализация — это основная схема, по которой работают гормоны эндокринной системы.
Мишени
Крайне важно, чтобы клетки-мишени содержали нужные рецепторы для связывания с гормоном. Рецепторы либо находятся на плазматической мембране клетки-мишени, либо терпеливо плавают в цитоплазме клетки в ожидании своего стимулирующего гормонального партнера. Эндокринные заболевания и расстройства возникают в нескольких случаях: когда гормоны не могут прикрепиться к своим специфическим рецепторам; когда гормоны инициируют ответ в уже связанной с чем-то клетке-мишени; когда в клетке-мишени есть аномально реагирующие и мутированные рецепторы; когда клетку-мишень атакуют аутоиммунные клетки.
Основные классы гормонов
Стероиды — это целый класс гормонов, которые связываются с рецепторами в цитоплазме клетки. Стероиды жирорастворимы, поэтому могут легко проходить через мембрану клетки-мишени и связываться с ее внутриклеточными рецепторами. После этого стероид и рецептор переносятся к ядру как единое целое и уже там активируют ген для производства специальных белков.
Стероидные и нестероидные гормоны по-разному вызывают клеточный ответ.
Самые распространенные гормоны состоят из коротких цепочек аминокислот и называются пептидами. Это гидрофильные (то есть любящие воду) гормоны, поэтому их рецепторы расположены снаружи клетки, а сами пептиды не могут проходить через клеточную мембрану. После того как пептид связывается с рецептором, внутри клетки активируется второй посредник. Как правило, им является молекула циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), которая отвечает за активацию внутриклеточных событий от имени гормона.
Аминные гормоны образуются аминокислотами триптофаном или тирозином. К ним относятся катехоламины, адреналин и норадреналин, которые запускают реакцию «бей или беги».
Железы
В силу своих функций и управления одни эндокринные железы относятся к первичным (основным), а другие — ко вторичным. Давайте рассмотрим эти железы подробнее.
Основные эндокринные железы
Гипоталамус. Связывает нервную и эндокринную системы. Гипоталамус располагается в центре мозга (чуть выше своего коллеги — гипофиза) и почти в одиночку руководит гормонами. Гипоталамус посылает в гипофиз инструкции начать или прекратить выделение гормонов, влияющих на все тело. Также он контролирует температуру, жажду, голод и суточные биоритмы.
Гипофиз. Похож на две горошины и прикрепляется к гипоталамусу с помощью стеблевой структуры. Гипофиз — настоящий дирижер эндокринного оркестра, ведь он управляет функциями других желез в организме и следит за тем, как мы растем и развиваемся. Гипофиз состоит из двух долей, каждая из которых выполняет собственную функцию. В передней доле выделяются лютеинизирующие, фолликулостимулирующие, тиреотропные и адренокортикотропные гормоны. Они стимулируют другие гормон-секретирующие структуры (половые органы и надпочечники). Передняя доля выделяет и гормоны роста, стимулирующие поддержание и развитие костной и мышечной массы. В задней доле гипофиза хранятся гормоны, которые переносятся от гипоталамуса и выделяются по мере необходимости. К этим гормонам относятся окситоцин и вазопрессин (антидиуретический гормон, или АДГ). Окситоцин, или «гормон любви», играет ключевую роль в процессе родов и после них, а АДГ следит за почками (предотвращая обезвоживание) и кровеносными сосудами (регулируя кровяное давление).
Гипофиз и гипоталамус тесно сотрудничают, чтобы управлять гормональной средой организма.
Эпифиз (шишковидная железа). Располагается в середине мозга, в эпиталамусе (см. стр. 209–210). Приверженцы эзотерических течений полагают, что в нем сокрыта наша душа — «третий глаз». Научный факт: если в наши глаза попадает меньше света, эпифиз начинает секретировать меланин (гормон сна).
Тимус (вилочковая железа). Этот орган занимает главенствующую позицию в верхней части груди. Он расположен прямо над сердцем, между легкими. Этот лимфоидный орган с давних пор относится к эндокринной системе — из-за того, что он секретирует гормон тирозин, который запускает образование и производство иммунных клеток — Т-лимфоцитов. Однако в наши дни его принадлежность к эндокринной системе оспаривают. У детей тимус — очень активный и крупный орган, но с возрастом он сжимается.
Надпочечники. Две железы надпочечника располагаются над почками и похожи на маленькие персидские шляпки. У каждой железы есть внешняя кора толщиной около 2 см и внутренний мозговой слой. Надпочечники известны как железа, отвечающая за реакцию «бей или беги», ведь именно они управляют нашим поведением в стрессовых ситуациях. Симпатические нервы побуждают мозговое вещество вырабатывать аминные гормоны адреналин и норадреналин, которые усиливают симпатический ответ: мозговое вещество начинает преобразовывать сигналы из симпатической нервной системы в гормональные. В это же время кора надпочечников выделяет небольшое количество стероидных гормонов — эстрогена и тестостерона, а также альдостерона и кортизола. Последний известен как гормон стресса, выделяется в ответ на реакцию «бей или беги» и обладает целым рядом метаболических функций, включая подавление воспаления. Уровень кортизола повышается при неправильном питании и малоподвижном образе жизни, что приводит к ослаблению иммунной системы. В регуляции артериального давления и объема сжигаемого жира помогают надпочечники.
Щитовидная железа обернута вокруг трахеи. Паращитовидные железы расположены в задней части щитовидной железы.
Щитовидная железа. Ее довольно часто путают с тимусом. Эта двудольная структура чем-то похожа на крошечный галстук-бабочку, прочно зафиксированный вокруг трахеи. Щитовидной железой централизовано управляют гипоталамус и задняя доля шишковидной железы. Она участвует в поддержании метаболизма — преобразования в энергию питательных веществ (кислорода, жиров и сахаров) из пищи — за счет высвобождения йодсодержащих гормонов Т3 (трийодтиронин) и Т4 (тироксин). Гормоны Т3 и Т4 регулируют рост организма и сохранение или распад глюкозы с образованием энергии. Гипофиз управляет активностью щитовидной железы, высвобождая тиреотропный гормон (ТТГ). При низком объеме ТТГ гипоталамус дает команду гипофизу выделять ТТГ и производить больше Т3 и Т4. Гипо- или гиперразвитие щитовидной железы приводит к ряду патологий. Избыток тиреотропных гормонов (гипертиреоз) способствует повышенному потоотделению, потере весе, учащению пульса, экзофтальму (выпученным глазам) и непереносимости жары. Недостаток гормонов щитовидной железы (гипотиреоз) приводит к истончению волос и облысению, повышенной утомляемости, отечности лица, замедлению сердцебиения, набору веса и чувствительности к холоду.
Паращитовидная железа. В нашем теле есть четыре крошечные железы — по одной на задней стороне каждой доли щитовидной железы. Они контролируют уровень кальция в крови и костях. Это очень важная функция, позволяющая избежать серьезных проблем. В ответ на низкий уровень кальция в крови начинают выделяться паратиреоидные гормоны (ПТГ). Они стимулируют тонкий кишечник и почки на абсорбцию или реабсорбцию большего количества кальция. ПТГ переносит витамин D, который в почках превращается в свою активную форму. Затем ПТГ доставляется в тонкий кишечник, где участвует в формировании кальций-связывающих белков. Там же он активизирует остеокласты, которые разрушают костную ткань и способствуют выделению кальция в кровь. Если же уровень кальция в крови превышен, то в дело вмешается щитовидная железа: она высвобождает гормон кальцитонин, который способствует накоплению кальция в костях.
Диабет — это состояние, при котором уровень сахара в крови повышен. Существует два типа диабета: I и II.
Поджелудочная железа. Этот листообразный орган прочно скрыт за брюшной стенкой, его головка и тело располагаются по центру, а хвост смещен влево от эпигастрия. Поджелудочная железа расположена над основной артерией, питающей селезенку, и испещрена густой сетью капилляров. Эта железа выполняет как эндокринную, так и экзокринную функции, а также участвует в пищеварении. За выполнением эндокринных функций следит небольшое скоплением клеток под названием островки Лангерганса. Эти группы состоят из альфа- и бета-клеток, которые помогают регулировать уровень сахара в крови. Альфа-клетки секретируют глюкагон, побуждающий клетки печени выделять больше сахара в кровоток. Бета-клетки секретируют инсулин. Он обладает ингибирующим действием, заставляя печень превращать глюкозу в гликоген (для накопления запасов) и стимулируя поглощение глюкозы клетками. Для диабета характерно повышение уровня сахара в крови. В основном он развивается, когда поджелудочная железа не вырабатывает достаточное количество инсулина (I тип) либо организм перестает реагировать на выработанный инсулин (II тип). Сахарный диабет I типа — это аутоиммунное заболевание, при котором организм разрушает бета-клетки. Сахарный диабет II типа является нарушением обмена веществ и часто связан с избыточным весом и/или неправильным питанием. Воспаление поджелудочной железы (панкреатит) вызывает острую боль в верхней части живота. Это позволяет отличить воспаление от ранних симптомов рака поджелудочной железы, который часто диагностируется лишь на поздней стадии.
Яичники. В теле женщины есть два яичника — по одному с каждой стороны таза. Эти половые железы получают стимуляцию от лютеинизирующих и фолликулостимулирующих гормонов, которые выделяются в передней доли гипофиза. Яичники вырабатывают гормоны эстроген и прогестерон, ответственные за женское половое развитие, менструальный цикл, беременность и роды. К гормонам яичников относится и тестостерон. Избыток тестостерона может привести к поликистозу яичников, который влияет на репродуктивное здоровье женщины и ее внешний вид.
Яички. У мужчины есть два яичка. Они расположены в собственном мешочке снаружи тела, потому что сперматозоиды могут вырабатываться только при температуре на несколько градусов ниже температуры тела. Эти железы вырабатывают тестостерон, который стимулирует половое развитие и либидо мужчины, а также увеличивает его костную и мышечную массу.
Вторичные эндокринные железы
Сердце. Наше сердце — это не просто насос, оно также выделяет гормоны. Предсердия вырабатывают предсердный натрийуретический пептид (ПНП, или атриопептин). Этот гормон стимулирует почки выводить больше воды, чтобы снизить объем крови и, следовательно, понизить артериальное давление.
На этой схеме показано взаимодействие гормонов голода и сытости. После приема пищи тонкий кишечник выделяет метаболический гормон инкретин, который увеличивает секрецию инсулина в поджелудочной железе. Инсулин может вынудить клетки-мишени потреблять больше глюкозы (в дополнение к гликогенезу к печени). Грелин, вырабатываемый желудком, стимулирует аппетит.
Желудок. Если в желудок попадает пища и он начинает растягиваться, G-клетки, выстилающие часть желудка, приступают к выделению гастрина. Этот гормон побуждает соседние париетальные клетки выделять желудочный сок.
Почки. Оказывается, почки играют важную роль в дыхании. В ответ на низкий уровень кислорода в крови почки вырабатывают гормон эритропоэтин, который стимулирует выработку эритроцитов в костном мозге.
Жировая ткань. Одним из гормонов, выделяемых жировой тканью, является лептин. Он сообщает мозгу об увеличении или уменьшении количества жира в организме, благодаря чему мозг узнает об имеющихся запасах энергии. Лептин притупляет чувство голода, подавляя центры голода в гипоталамусе и стимулируя центры сытости.