Aivolisäkkeen ja hypotalamuksen hormonien vaikutusmekanismi

Hormonaalinen säätely alkaa hormonien synteesillä ja erityksellä endokriinisissä rauhasissa. Ne ovat toiminnallisesti yhteydessä toisiinsa ja edustavat yhtä kokonaisuutta. Hormonien biosynteesiprosessi, joka suoritetaan erikoistuneissa soluissa, tapahtuu spontaanisti ja on geneettisesti kiinteä. Useimpien proteiinipeptidihormonien, erityisesti adenohypofysotrooppisten hormonien, biosynteesin geneettinen säätely tapahtuu useimmiten suoraan esiastehormonien polysomeissa tai itse hormonin mRNA:n muodostumisen tasolla, kun taas hypotalamuksen hormonien biosynteesi suoritetaan muodostamalla proteiinientsyymien mRNA:ta, jotka säätelevät hormonien muodostumisen eri vaiheita, eli tapahtuu ekstraribosomaalinen synteesi. Proteiinipeptidihormonien primaarirakenteen muodostuminen on seurausta hormoneja tuottavien solujen genomin aktiivisissa kohdissa syntetisoidun vastaavan mRNA:n nukleotidisekvenssien suorasta translaatiosta. Useimpien proteiinihormonien tai niiden esiasteiden rakenne muodostuu polysomeissa proteiinibiosynteesin yleisen kaavan mukaisesti. On huomattava, että kyky syntetisoida ja transloida tämän hormonin tai sen esiasteiden mRNA:ta on spesifinen tietyn solutyypin ydinlaitteelle ja polysomeille. Siten STH syntetisoidaan adenohypofyysin pienissä eosinofiileissä, prolaktiini - suurissa eosinofiileissä ja gonadotropiinit - erityisissä basofiilisissä soluissa. TRH:n ja LH-RH:n biosynteesi hypotalamuksen soluissa tapahtuu jonkin verran eri tavalla. Nämä peptidit eivät muodostu mRNA-matriisin polysomeissa, vaan sytoplasman liukoisessa osassa vastaavien syntetaasijärjestelmien vaikutuksen alaisena.

Useimpien polypeptidihormonien erityksen yhteydessä geneettisen materiaalin suora translaatio johtaa usein matala-aktiivisten esiasteiden - polypeptidipreprohormonien (esihormonien) - muodostumiseen. Polypeptidihormonin biosynteesi koostuu kahdesta eri vaiheesta: inaktiivisen esiasteen ribosomissa synteesistä mRNA-matriisissa ja aktiivisen hormonin translaation jälkeisestä muodostumisesta. Ensimmäinen vaihe tapahtuu välttämättä adenohypofyysin soluissa, kun taas toinen voi tapahtua myös sen ulkopuolella.

Hormonaalisten esiasteiden translaation jälkeinen aktivaatio on mahdollista kahdella tavalla: translaatiossa olevien suurimolekyylisten esiasteiden molekyylien monivaiheisen entsymaattisen hajoamisen kautta, jolloin aktivoidun hormonin molekyylin koko pienenee, ja prohormonaalisten alayksiköiden ei-entsymaattisen assosiaation kautta, jolloin aktivoidun hormonin molekyylin koko kasvaa.

Ensimmäisessä tapauksessa translaation jälkeinen aktivaatio on ominaista AKTU:lle, beeta-lipotropiinille ja toisessa - glykoproteiinihormoneille, erityisesti gonadotropiineille ja TSH:lle.

Proteiini-peptidihormonien peräkkäisellä aktivaatiolla on suora biologinen merkitys. Ensinnäkin se rajoittaa hormonaalisia vaikutuksia muodostumiskohdassa; toiseksi se tarjoaa optimaaliset olosuhteet polyfunktionaalisten säätelyvaikutusten ilmentymiselle minimaalisella geneettisen ja rakennusmateriaalin käytöllä ja helpottaa myös hormonien solukuljetusta.

Hormonien eritys tapahtuu pääsääntöisesti spontaanisti, eikä jatkuvasti ja tasaisesti, vaan impulsiivisesti, erillisissä erillisissä osissa. Tämä johtuu ilmeisesti biosynteesin, solunsisäisen laskeutumisen ja hormonien kuljetuksen prosessien syklisestä luonteesta. Fysiologisissa normaaleissa olosuhteissa eritysprosessin on varmistettava tietty hormonien perustaso verenkierrossa. Tämä prosessi, kuten biosynteesi, on spesifisten tekijöiden säätelyssä. Aivolisäkkeen hormonien erityksen määräävät ensisijaisesti vastaavat hypotalamuksen vapauttavat hormonit ja verenkierrossa olevien hormonien taso. Hypotalamuksen vapauttavien hormonien muodostuminen itsessään riippuu adrenergisten tai kolinergisten välittäjäaineiden vaikutuksesta sekä kohderauhasten hormonien pitoisuudesta veressä.

Biosynteesi ja eritys ovat läheisesti yhteydessä toisiinsa. Hormonin kemiallinen luonne ja sen eritysmekanismien ominaisuudet määräävät näiden prosessien konjugaatioasteen. Siten tämä indikaattori on suurimmillaan steroidihormonien erityksen tapauksessa, jotka diffundoituvat suhteellisen vapaasti solukalvojen läpi. Proteiini-peptidihormonien ja katekoliamiinien biosynteesin ja erityksen konjugaation suuruus on minimaalinen. Nämä hormonit vapautuvat solujen eritysjyväsistä. Väliasemassa tässä indikaattorissa ovat kilpirauhashormonit, jotka erittyvät vapauttamalla ne proteiiniin sitoutuneesta muodosta.

Siksi on korostettava, että aivolisäkkeen ja hypotalamuksen hormonien synteesi ja eritys suoritetaan tietyssä määrin erikseen.

Proteiini-peptidihormonien eritysprosessin tärkein rakenteellinen ja toiminnallinen elementti ovat eritysrakeet eli vesikkelit. Nämä ovat erikokoisia (100-600 nm) soikeita, erityisiä morfologisia muodostumia, joita ympäröi ohut lipoproteiinikalvo. Hormoneja tuottavien solujen eritysrakeet syntyvät Golgin kompleksista. Sen elementit ympäröivät prohormonia eli hormonia ja muodostavat vähitellen rakeita, jotka suorittavat useita toisiinsa liittyviä toimintoja hormonien eritystä aiheuttavien prosessien järjestelmässä. Ne voivat olla peptidiprohormonien aktivaatiopaikkoja. Rakeiden toinen toiminto on hormonien varastointi solussa, kunnes tietty eritysärsyke vaikuttaa. Rakeiden kalvo rajoittaa hormonien vapautumista sytoplasmaan ja suojaa hormoneja sytoplasmisten entsyymien vaikutukselta, jotka voivat inaktivoida niitä. Rakeiden sisällä olevilla erityisillä aineilla ja ioneilla on tietty merkitys laskeutumismekanismeissa. Näitä ovat proteiinit, nukleotidit ja ionit, joiden päätarkoitus on muodostaa ei-kovalenttisia komplekseja hormonien kanssa ja estää niiden tunkeutuminen kalvon läpi. Erittävien rakeiden toinen erittäin tärkeä ominaisuus on kyky siirtyä solun reunoille ja kuljettaa niihin kertyneet hormonit plasmakalvoille. Rakeiden liike tapahtuu solujen sisällä soluorganellien - aktiiniproteiinista rakennettujen mikrofilamenttien (niiden halkaisija on 5 nm) ja supistuvien proteiinien tubuliinin ja dyneiinin kompleksista koostuvien onttojen mikroputkien (halkaisija 25 nm) - osallistumisella. Jos eritysprosessien estäminen on tarpeen, käytetään yleensä mikrofilamentteja tuhoavia tai mikroputkia dissosioivia lääkkeitä (sytokalasiini B, kolkisiini, vinblastiini). Rakeiden solunsisäinen kuljetus vaatii energiakustannuksia ja kalsiumionien läsnäoloa. Rakeiden ja plasmakalvojen kalvot joutuvat kalsiumin osallistuessa kosketuksiin toistensa kanssa, ja erite vapautuu solunulkoiseen tilaan solukalvoon muodostuneiden "huokosten" kautta. Tätä prosessia kutsutaan eksosytoosiksi. Tyhjentyneet rakeet pystyvät joissakin tapauksissa rekonstruoitumaan ja palaamaan sytoplasmaan.

Proteiini-peptidihormonien eritysprosessin laukaiseva tekijä on AMP:n (cAMP) lisääntynyt muodostuminen ja kalsiumionien solunsisäisen pitoisuuden nousu, jotka tunkeutuvat solukalvon läpi ja stimuloivat hormonaalisten rakeiden siirtymistä solukalvolle. Edellä kuvattuja prosesseja säädellään sekä solunsisäisesti että solunulkoisesti. Jos aivolisäkkeen ja hypotalamuksen solujen hormonituotantotoiminnan solunsisäinen säätely ja itsesäätely ovat merkittävästi rajoittuneet, systeemiset säätelymekanismit varmistavat aivolisäkkeen ja hypotalamuksen toiminnallisen aktiivisuuden kehon fysiologisen tilan mukaisesti. Säätelyprosessien häiriintyminen voi johtaa rauhasten ja siten koko kehon toiminnan vakavaan patologiaan.

Säätelyvaikutukset voidaan jakaa stimuloiviin ja estäviin. Kaikki säätelyprosessit perustuvat palautteen periaatteeseen. Aivolisäkkeen hormonaalisten toimintojen säätelyssä johtava asema kuuluu keskushermoston rakenteille ja ensisijaisesti hypotalamukselle. Siten aivolisäkkeen fysiologiset säätelymekanismit voidaan jakaa hermostollisiin ja hormonaalisiin.

Tarkasteltaessa aivolisäkkeen hormonien synteesin ja erityksen säätelyprosesseja on ensin mainittava hypotalamus ja sen kyky syntetisoida ja erittää neurohormoneja - vapauttavia hormoneja. Kuten on osoitettu, adenohypofyysihormonien säätely tapahtuu hypotalamuksen tietyissä ytimissä syntetisoitujen vapauttavien hormonien avulla. Näiden hypotalamuksen rakenteiden pienisoluisilla elementeillä on johtavia reittejä, jotka ovat yhteydessä primaarisen kapillaariverkoston verisuoniin, joiden kautta vapauttavat hormonit kulkeutuvat adenohypofyysisoluihin.

Koska hypotalamus on neuroendokriininen keskus, eli hermoimpulssin muuntumispaikka spesifiseksi hormonaaliseksi signaaliksi, jota kuljettavat vapauttavat hormonit, tutkijat tutkivat erilaisten välittäjäjärjestelmien suoran vaikutuksen mahdollisuutta adenohypofyysihormonien synteesi- ja eritysprosesseihin. Parannettuja menetelmiä käyttäen tutkijat ovat tunnistaneet esimerkiksi dopamiinin roolin useiden adenohypofyysin trooppisten hormonien erityksen säätelyssä. Tässä tapauksessa dopamiini toimii paitsi hypotalamuksen toimintaa säätelevänä välittäjäaineena, myös vapauttavana hormonina, joka osallistuu adenohypofyysin toiminnan säätelyyn. Samanlaisia tietoja on saatu noradrenaliinista, joka osallistuu ACTH:n erityksen säätelyyn. Adenohypofyysitrooppisten hormonien synteesin ja erityksen kaksoissäätelyn tosiasia on nyt vahvistettu. Erilaisten välittäjäaineiden pääasiallinen sovelluskohde hypotalamuksen vapauttavien hormonien säätelyjärjestelmässä ovat hypotalamuksen rakenteet, joissa ne syntetisoidaan. Tällä hetkellä hypotalamuksen neurohormonien säätelyyn osallistuvien fysiologisesti aktiivisten aineiden kirjo on melko laaja. Nämä ovat klassisia adrenergisiä ja kolinergisiä välittäjäaineita, useita aminohappoja, morfiinin kaltaisen vaikutuksen omaavia aineita - endorfiineja ja enkefaliineja. Nämä aineet ovat tärkein yhteys keskushermoston ja umpieritysjärjestelmän välillä, mikä lopulta varmistaa niiden yhtenäisyyden kehossa. Hypotalamuksen neuroendokriinisten solujen toiminnallista aktiivisuutta voidaan ohjata suoraan aivojen eri osien avulla käyttämällä hermoimpulsseja, jotka tulevat eri afferenttien reittien kautta.

Viime aikoina neuroendokrinologiassa on noussut esiin toinen ongelma - keskushermoston muissa rakenteissa, hypotalamuksen ulkopuolella, paikallisten vapautuvien hormonien toiminnallisen roolin tutkimus, jotka eivät liity suoraan adenohypofyseesin toimintojen hormonaaliseen säätelyyn. Kokeellisesti on vahvistettu, että niitä voidaan pitää sekä välittäjäaineina että useiden systeemisten prosessien neuromodulaattoreina.

Hypotalamuksessa vapauttavat hormonit sijaitsevat tietyillä alueilla tai tumakkeissa. Esimerkiksi LH-RH sijaitsee hypotalamuksen etu- ja keskiosassa, TRH hypotalamuksen keskiosassa ja CRH pääasiassa sen takaosassa. Tämä ei sulje pois neurohormonien diffuusia jakautumista rauhasissa.

Adenohypofyseesihormonien päätehtävänä on aktivoida useita perifeerisiä umpieritysrauhasia (lisämunuaisen kuori, kilpirauhanen, sukurauhaset). Aivolisäkkeen trooppiset hormonit - ACTH, TSH, LH ja FSH, STH - aiheuttavat spesifisiä vasteita. Ensimmäinen aiheuttaa lisämunuaisen kuoren faskikulaarisen alueen proliferaatiota (hypertrofiaa ja hyperplasiaa) ja lisääntynyttä glukokortikoidien synteesiä sen soluissa; toinen on kilpirauhasen follikkelilaitteiston morfogeneesin, kilpirauhashormonien synteesin ja erityksen eri vaiheiden pääasiallinen säätelijä; LH on ovulaation ja keltarauhasen muodostumisen munasarjoissa, kivesten interstitiaalisten solujen kasvun, estrogeenien, progestiinien ja sukupuolirauhasten androgeenien synteesin pääasiallinen stimulaattori; FSH kiihdyttää munasarjojen follikkelien kasvua, herkistää ne LH:n vaikutukselle ja aktivoi myös spermatogeneesiä; STH, joka toimii maksan somatomediinien erityksen stimulaattorina, määrittää elimistön lineaarisen kasvun ja anaboliset prosessit; LTH edistää gonadotropiinien vaikutuksen ilmentymistä.

On myös huomattava, että aivolisäkkeen trooppiset hormonit, jotka toimivat ääreiseritysten umpieritysrauhasten toiminnan säätelijöinä, pystyvät usein vaikuttamaan suoraan. Esimerkiksi ACTH glukokortikoidien synteesin pääasiallisena säätelijänä tuottaa useita lisämunuaisten ulkopuolisia vaikutuksia, erityisesti lipolyyttisiä ja melanosyyttejä stimuloivia.

Hypotalamus-aivolisäkeperäiset hormonit eli proteiini-peptidihormonit häviävät verestä hyvin nopeasti. Niiden puoliintumisaika ei ylitä 20 minuuttia ja kestää useimmissa tapauksissa 1-3 minuuttia. Proteiini-peptidihormonit kerääntyvät nopeasti maksaan, jossa ne hajoavat ja inaktivoituvat voimakkaasti spesifisten peptidaasien vaikutuksesta. Tätä prosessia voidaan havaita myös muissa kudoksissa, samoin kuin veressä. Proteiini-peptidihormonien metaboliitit erittyvät ilmeisesti pääasiassa vapaina aminohappoina, niiden suoloina ja pieninä peptideinä. Ne erittyvät pääasiassa virtsan ja sapen mukana.

Hormoneilla on useimmiten melko voimakas fysiologisen vaikutuksen tropismi. Esimerkiksi ACTH vaikuttaa lisämunuaisen kuoren soluihin, rasvakudokseen ja hermostoon; gonadotropiinit - sukurauhasten, hypotalamuksen ja useiden muiden rakenteiden soluihin, eli elimiin, kudoksiin ja kohdesoluihin. Aivolisäkkeen ja hypotalamuksen hormoneilla on laaja kirjo fysiologisia vaikutuksia erityyppisiin soluihin ja erilaisiin aineenvaihduntareaktioihin samoissa soluissa. Kehon rakenteet jaetaan hormoniriippuvaisiin ja hormoniherkkiin sen mukaan, missä määrin niiden toiminnot riippuvat tiettyjen hormonien vaikutuksesta. Jos ensin mainitut ovat täysin ehdollistettuja hormonien läsnäolosta täydellisen erilaistumisen ja toiminnan prosessissa, niin hormoniherkät solut osoittavat selvästi fenotyyppisiä ominaisuuksiaan myös ilman vastaavaa hormonia, jonka ilmentymisastetta se säätelee eri alueella ja määräytyy erityisten reseptorien läsnäolon perusteella solussa.

Hormonien vuorovaikutus vastaavien reseptoriproteiinien kanssa pelkistyy hormoni- ja reseptorimolekyylien ei-kovalenttiseksi, palautuvaksi sitoutumiseksi, mikä johtaa spesifisten proteiini-ligandikompleksien muodostumiseen, jotka kykenevät sisältämään useita hormonaalisia vaikutuksia solussa. Jos reseptoriproteiinia ei ole siinä, se on resistentti hormonin fysiologisten pitoisuuksien vaikutukselle. Reseptorit ovat vastaavan endokriinisen toiminnan välttämättömiä perifeerisiä edustajia, jotka määrittävät reagoivan solun alkuperäisen fysiologisen herkkyyden hormonille, ts. hormonisynteesin vastaanotto-, johtumis- ja toteutumismahdollisuuden ja -intensiteetin solussa.

Solujen aineenvaihdunnan hormonaalisen säätelyn tehokkuus määräytyy sekä kohdesoluun tulevan aktiivisen hormonin määrän että sen reseptorien tason perusteella.