Izvor:
Endokrini sustav, sport i tjelesna aktivnost.
Prijevod s engleskog / ur. W.J. Kremer i A.D. Rogola. - E64
izdavačka kuća: Olimp. književnost, 2008.
Stupanj djelovanja hormona na ciljno tkivo proporcionalan je njegovoj koncentraciji u krvi. Sadržaj bilo kojeg biološki aktivnog hormona u krvožilnom sustavu određen je kombinacijom nekoliko čimbenika. Ti čimbenici uključuju:
Interakcije glavnih hormona
- brzina izlučivanja u krv endokrine žlijezde;
- za neke hormone, posebno hormone štitnjače, brzinu aktivacije (pretvorbe T4 u T3) u krvi;
- za lipofilne hormone, naime steroidne i hormone štitnjače, stupanj vezanja proteina krvne plazme;
- brzina inaktivacije i uklanjanja iz krvi (čišćenje).
Od svih ovih čimbenika, prvi - brzina izlučivanja u krv - glavni je koji određuje sadržaj hormona u krvožilnom sustavu, posebice u uvjetima nedostatka tjelesne aktivnosti (Sherwood, 2004.).
Postoje dvije vrste izlučivanja hormona u krv (Kelly, 1985.). Konstitutivna sekrecija je kontinuirano otpuštanje endokrine tvari u krv određenom baznom brzinom. Ovim mehanizmom sekrecije hormon luči stanica dok se sintetizira, budući da ga žlijezda nije u stanju akumulirati, stoga, kada se primi stimulirajući signal, aktivnost sinteze se povećava i novosintetizirani hormon se oslobađa izravno u krvotoka pasivnom difuzijom kroz staničnu membranu. Ova vrsta sekrecije karakteristična je za steroidne i hormone štitnjače, koji su po svojim svojstvima lipofilni, poput plazma membrane stanice. Konstitutivna sekrecija regulirana je promjenama u razini fosforilacije proteina koji djeluju kao enzimi u biosintetskom putu.
Regulirano lučenje predstavlja drugu vrstu otpuštanja hormona iz endokrine žlijezde u krv. U ovom slučaju nema izravne veze između brzine sinteze proteina i njegovog otpuštanja u krv, kao u slučaju konstitutivne sekrecije. Umjesto ovoga endokrine žlijezde, koji su sposobni za regulirano lučenje, imaju sposobnost nakupljanja sintetiziranog hormona. Treba napomenuti da je u ovom slučaju kapacitet pohrane žljezdane stanice ograničen. Zapravo, za bilo koji pojedinačni hormon, njegova opskrba u endokrinim tkivima rijetko premašuje dnevne potrebe tijela (Baulieu, 1990.).
U slučaju reguliranog lučenja, stimulativno djelovanje rezultira oslobađanjem egzocitozom nakupljenih vezikula koje sadrže hormon. U većini slučajeva, kako bi stanice bile stalno spremne za otpuštanje hormona, signal koji uzrokuje oslobađanje hormona aktivira enzimske sustave za njegovu sintezu. Obično otpuštanju pohranjenog hormona i aktivaciji sintetskih procesa prethodi ulazak kalcijevih iona u stanicu. Ovaj regulirani oblik izlučivanja opažen je za proteinsko-peptidne hormone i kateholamine.
I kod konstitutivnog i kod reguliranog lučenja hormona, podražaj koji regulira brzinu lučenja obično je: 1) promjena koncentracije u plazmi hranjive tvari ili ioni; 2) otpuštanje neurona neurotransmitera koji djeluju na endokrine stanice; 3) vezanje staničnim receptorima hormona koje luče druge endokrine žlijezde. U pravilu su svi ti događaji na određeni način međusobno povezani. S druge strane, promjene u izlučivanju hormona obično su posljedica nekoliko čimbenika.
Odgovor endokrinih žlijezda na podražaj određen je osjetljivim i učinkovitim povratnim sustavom koji prenosi informacije iz ciljanog tkiva natrag u organ koji luči hormon. Najčešći oblik regulacije brzine izlučivanja u endokrinom sustavu je negativna povratna sprega. Ova vrsta povratne sprege može se uočiti kada je aktivnost jednog sustava (endokrina žlijezda) modificirana na negativan način, tj. potisnuta je djelovanjem drugog sustava (ciljnog tkiva), što omogućuje održavanje homeostaze. Na primjer, povećanje koncentracije glukoze u krvi potiče lučenje inzulina od strane gušterače. Povećanje razine inzulina u krvi potiče preuzimanje glukoze od strane mišićnih stanica ciljnog tkiva za inzulin, kao i pretvorbu glukoze u masnoću, što rezultira normalizacijom glukoze u krvi.
Ima ih nekoliko razne vrste regulacija lučenja hormona negativnom povratnom spregom. Upravljanje sekrecijom nekoliko važnih hormona provodi hipotalamo-hipofizni sustav. Malo područje u bazi mozga - hipotalamus - proizvodi nekoliko oslobađajućih hormona ili liberina, koje portalni sustav krvnih kapilara prenosi u prednju hipofizu. U ovom primjeru neuroendokrinog rada hipotalamus luči hormone liberine, koji ulaskom u prednju hipofizu mijenjaju brzinu izlučivanja niza hormona u krvožilni sustav, čime se osigurava njihov transport u sva tkiva u tijelu. Ovi hormoni hipofize mogu imati izravan učinak na ciljna tkiva, ili aktivirati žlijezde treće razine ovog regulacijskog sustava, potičući lučenje njihovih specifičnih hormona u krvotok.
O negativna povratna informacija, u ovom neuroendokrinom sustavu mogu se razlikovati “kratki” i “dugi” regulatorni lanci (Vander i sur., 2001.). visoka razina Prolaktin u krvi detektira hipotalamus, kao odgovor na to tamo se oslobađa dopamin, koji se šalje u hipofizu i inhibira lučenje prolaktina od strane hipofize u krvotok. U slučaju sustava koji se sastoji od tri organa, prikazano je postojanje duge povratne sprege. Kao ilustraciju takvog mehanizma povratne sprege, razmotrite regulaciju sinteze kortizola. Sustav koji se razmatra sastoji se od hipotalamusa, hipofize i kore nadbubrežne žlijezde. Hipotalamus luči kortikoliberin ili kortikotropin-oslobađajući hormon (CRH) u portalni vaskularni sustav, koji ovu tvar prenosi u prednju hipofizu. Nakon što se kortikoliberin veže na stanične receptore, hipofiza oslobađa ACTH u krvotok, koji veliki krug cirkulacija će doći do stanica nadbubrežne žlijezde. U tkivima kore nadbubrežne žlijezde (podsjetimo da medula nadbubrežne žlijezde proizvodi kateholamine), ACTH inducira oslobađanje kortizola u krv, što ima specifičan učinak na ciljna tkiva jetre, skeletne mišiće i tjelesnu masnoću. U tom slučaju dolazi do smanjenja regulacije kada povećanje kortizola u krvi potiskuje oslobađanje ACTH od strane hipofize i/ili CRH od strane hipotalamusa. Ovaj primjer pokazuje koliko je savršena integracija ulaznih i izlaznih signala u endokrinom sustavu, što omogućuje regulaciju lučenja hormona u endokrinom sustavu iz nekoliko organa korištenjem kratkih i dugih lanaca povratnih informacija (Vander i sur., 2001.).
Unatoč činjenici da je negativna povratna sprega prevladavajući regulatorni mehanizam, pozitivna povratna informacija također se koristi za promjenu razine lučenja hormona u tijelu. U slučaju pozitivne povratne informacije, endokrina žlijezda koja proizvodi hormon kontrolira promjene u biološkoj aktivnosti ciljnog tkiva izazvane ovim hormonom. Ako ciljno tkivo ne reagira dovoljno, endokrina žlijezda luči dodatne količine hormona sve dok aktivnost biološkog procesa koji regulira ne dosegne odgovarajuću razinu. Primjer pozitivne povratne informacije je regulacija endokrine funkcije tijekom poroda. Oksitocin, koji luči stražnja hipofiza, potiče kontrakcije maternice. Kako porod napreduje i povećava se potreba za jačim kontrakcijama, aktivnost maternice signalizira hipofizi da poveća lučenje oksitocina, što dovodi do povećanja snage i učestalosti kontrakcija maternice i omogućuje siguran završetak poroda.
Iako je glavna funkcija endokrilni sustav je održavanje homeostaze, promjene unutarnjeg okruženja tijela i vanjskih uvjeta nije jedini regulator lučenja hormona. Koncentracija većine hormona u krvi podložna je predvidljivim fluktuacijama ili ritmičkim fluktuacijama koje se javljaju tijekom određenog vremenskog razdoblja. Najviše su proučavani cirkadijalni ili cirkadijalni ritmovi endokrinog sustava. Cirkadijalni ritam odnosi se na periodične fluktuacije koje se javljaju tijekom 24 sata sunčevog dana, dok se dnevni ritam odnosi na fluktuacije u razini lučenja hormona povezane s promjenom dana i noći. Često se ti pojmovi koriste naizmjenično. Takve prirodne, programirane ritmove aktivnosti endokrinih žlijezda podržavaju suprahijazmatične jezgre hipotalamusa. Ovaj pejsmejker (pacemaker) regulira lučenje hormona na temelju vlastitog unutarnjeg sata i postavit će specifičan obrazac lučenja za svaki hormon, na primjer, razina kortizola u krvi je najveća ujutro, dok se maksimalna razina hormona rasta opaža noću (Illnerova ct al., 2000.).
Uz dnevne fluktuacije razine lučenja hormona, često se uočavaju redovite pulsacije s kraćim periodom, koje se nazivaju ultralijanski ritam i nadovezuju se na cirkadijalni ritam. Ova povremena povećanja lučenja hormona vjerojatno su rezultat povećanja aktivnosti hipotalamusa i od važnog su fiziološkog značaja. Dakle, pokazalo se da je s istom ukupnom količinom izlučenog hormona unos glukoze bio učinkovitiji kada je krivulja proizvodnje inzulina imala vilaste vile, u usporedbi sa situacijom kada je njezina razina u krvi bila konstantna (Porksen, 2002.).
Također je poznato da se lučenje hormona također mijenja tijekom cijele godine, iako je ovdje glavnina podataka dobivena na životinjama. Godišnji ritmovi odgovaraju promjeni duljine dnevnog svjetla, koja se bilježi epifiza središnji živčani sustav (Short, 1985). Često nazivana "treće oko" zbog svoje fotoosjetljivosti, ova žlijezda regulira količinu melatonina koju luči kao odgovor na promjene u dnevnom svjetlu (Tamarkin i sur., 1985.). Druge sezonske promjene ponašanja, kao što su hibernacija, migracija, pa čak i promjene boje krzna, potaknute su predvidljivim promjenama u razinama melatonina u krvi. Kod ljudi, povećanje proizvodnje melatonina koje se događa s kraćim dnevnim satima može uzrokovati promjene raspoloženja, pa čak i depresiju (Lcwy i sur., 1987.). Ranije je pokazano da u svih sisavaca, uključujući ljude, melatonin igra glavnu ulogu u održavanju cirkadijalnih ritmova, utječući na stanice suprahijazmatskih jezgri (Pcvct i sur., 2002.).
Hormonska regulacija, regulacija vitalne aktivnosti organizma životinja i ljudi, koja se provodi uz sudjelovanje hormona koji ulaze u krv; jedan od sustava samoregulacije funkcija, usko vezan uz živčani i humoralni sustav regulacije i koordinacije funkcija.
Jedan od najvažnijih bioloških procesa je regulacija lučenja hormona, čime se osigurava njihovo stvaranje, oslobađanje iz stanica i ulazak u cirkulaciju u količini potrebnoj za održavanje metaboličkih procesa i drugih funkcija tkiva i organa. Komponente ovog regulacijskog sustava su humoralni čimbenici, koji uključuju metaboličke produkte i hormone, neurohormonske i živčane čimbenike.
Može se navesti niz primjera utjecaja metaboličkih produkata na različite faze lučenja hormona. Dakle, primjer humoralne regulacije je oslobađanje inzulina iz beta stanica otočića gušterače u izvanstanični prostor i cirkulaciju, uz povećanje razine glikemije, aminokiseline su također stimulatori ovog lučenja, u koordinaciji s procesom. otpuštanja inzulina povećava se njegova biosinteza. Smanjenje razine šećera u krvi pridonosi smanjenju lučenja inzulina, povećanju lučenja i ulasku u cirkulaciju njegovih hormonskih antagonista - glukagona koji proizvode alfa stanice otočića gušterače, hormona rasta, hidrokortizona, adrenalina i medijatora norepinefrina. Ova striktno koordinirana interakcija niza hormona kao rezultat složenih metaboličkih procesa osigurava očuvanje fiziološke razine šećera u krvi i metabolizma glukoze.
Osim što regulira lučenje hormona kao odgovor na povećanu potražnju za njima, bitno je oslobađanje hormona zbog njihove povezanosti s proteinima. Proučavani su specifični proteini koji vežu inzulin, tiroksin, hormon rasta, progesteron, hidrokortizon, kortikosterop i druge hormone u krvnoj plazmi. Hormoni i proteini vezani su nekovalentnim vezama s relativno malom energijom, pa se ti kompleksi lako uništavaju, oslobađajući hormon. Kompleksiranje s proteinima omogućuje zadržavanje dijela hormona u neaktivnom obliku. Osim toga, ova veza štiti hormon od djelovanja kemijskih i enzimskih čimbenika. Uz ideju da su hormoni vezani na proteine jedan od transportnih oblika u cirkulaciji i osiguravaju njihovu rezervu, dodane su i druge činjenice: važna komponenta biološkog značaja ovih kompleksa je mogućnost brzog oslobađanja slobodnih, tj. aktivnih , hormoni od njih.
Lučenje hormona regulirano je nekoliko međusobno povezanih mehanizama. Mogu se ilustrirati na primjeru kortizola, glavnog glukokortikoidnog hormona nadbubrežnih žlijezda. Njegova proizvodnja regulirana je povratnim mehanizmom koji djeluje na razini hipotalamusa. Kada se razina kortizola u krvi smanji, hipotalamus luči kortikoliberin, faktor koji stimulira lučenje kortikotropina (ACTH) od strane hipofize. Povećanje razine ACTH, pak, potiče lučenje kortizola u nadbubrežnim žlijezdama, a kao rezultat toga, povećava se razina kortizola u krvi. Poboljšana razina kortizol tada potiskuje oslobađanje kortikoliberina mehanizmom povratne sprege – a sadržaj kortizola u krvi ponovno se smanjuje. Lučenje kortizola regulirano je više od mehanizma povratne sprege. Tako, na primjer, stres uzrokuje oslobađanje kortikoliberina, a shodno tome i cijeli niz reakcija koje povećavaju lučenje kortizola. Osim toga, lučenje kortizola slijedi cirkadijalni ritam; vrlo je visoka nakon buđenja, ali se postupno smanjuje na minimalnu razinu tijekom spavanja. Kontrolni mehanizmi također uključuju brzinu metabolizma hormona i gubitak aktivnosti. Slični sustavi regulacije djeluju u odnosu na druge hormone.
Najvažniji u regulaciji lučenja hormona je središnji živčani sustav. Jedno od najvažnijih područja središnjeg živčanog sustava, koje koordinira i kontrolira funkcije endokrinih žlijezda, je hipotalamus, gdje se nalaze neurosekretorne jezgre i centri uključeni u regulaciju sinteze i izlučivanja hormona adenohipofize. Hipotalamo-hipofizna regulacija se provodi mehanizmima koji djeluju na principu povratne sprege, u kojima se jasno razlikuju različite razine interakcije.
“Dugi” lanac povratne sprege odnosi se na interakciju periferne endokrine žlijezde s centrima hipofize i hipotalamusa (moguće je i sa suprahipotalamičnim i drugim područjima središnjeg živčanog sustava) kroz utjecaj na te centre promjene koncentracije hormona. u cirkulirajućoj krvi.
Pod "kratkim" lancem povratne sprege podrazumijeva se takva interakcija kada povećanje tropičnog hormona hipofize (na primjer, ACTH) modulira i modificira lučenje i oslobađanje hormona hipofize (u ovom slučaju, kortikoliberina).
“Ultrakratki” lanac povratne sprege je vrsta interakcije unutar hipotalamusa, kada oslobađanje jednog hormona hipofize utječe na lučenje i oslobađanje drugog hormona hipofize. Ovakva povratna informacija se odvija u bilo kojem endokrina žlijezda. Dakle, oslobađanje oksitocina ili vazopresina kroz aksone ovih neurona i kroz međustanične interakcije (od stanice do stanice) modificira aktivnost neurona koji proizvode te hormone. Drugi primjer, oslobađanje prolaktina i njegova difuzija u intervaskularne prostore dovodi do učinka na susjedne laktotrofe s naknadnom inhibicijom lučenja prolaktina.
“Dugi” i “kratki” povratni krugovi funkcioniraju kao sustavi “zatvorenog” tipa, tj. su samoregulirajući sustavi. Međutim, oni reagiraju na unutarnje i vanjske signale, mijenjajući princip samoregulacije za kratko vrijeme (na primjer, tijekom stresa, itd.). Uz to, na te sustave utječu mehanizmi koji održavaju biološki cirkadijalni ritam povezan s izmjenom dana i noći. Cirkadijalni ritam je sastavni dio sustava koji regulira homeostazu tijela i omogućuje mu prilagodbu promjenjivim uvjetima okoline. Informacije o dnevno-noćnom ritmu prenose se u CNS od mrežnice do suprahijazmatskih jezgara, koje zajedno s epifizom tvore središnji cirkadijalni mehanizam - "biološki sat". Osim mehanizma dan-noć, u djelovanju ovih „satova“ sudjeluju i drugi regulatori (promjene tjelesne temperature, stanja mirovanja, sna itd.).