Гормоны животных и человека

Гормо́ны живо́тных и челове́ка (от греч. ὁρμάω – приводить в движение, побуждать), группа биологически активных веществ, которые секретируются специализированными органами (железами внутренней секреции), скоплениями специализированных клеток или отдельными клетками.

Участвуют в регуляции метаболической активности клеток и координации функций различных органов и тканей.

Многие гормоны, в том числе выделяемые железами, поступают в кровь и действуют на другие органы и ткани, расположенные на значительном расстоянии от места их синтеза.

Некоторые гормоны способны проявлять местное действие и влиять на состояние близлежащих клеток (паракринный эффект), а также на клетки, в которых они образуются (аутокринный эффект). В этом случае их часто называют гормоноидами, тканевыми гормонами, или парагормонами. К их числу, например, относятся гистамин и серотонин, брадикинин, простагландины и многие другие гормоны. Физиологически активные вещества, вырабатываемые клетками нервной ткани, называют нейрогормонами. В ряде случаев одни и те же вещества могут выполнять функцию и гормонов, и медиаторов (например, дофамин, серотонин и некоторые пептидные гормоны).

Основные гормоны человека и их физиологический эффект

Гормоны характеризуются высокой биологической активностью (действуют в очень низких концентрациях – 10^–6 –10^–12 моль/дм³ ) и специфичностью (даже очень близкие по химической структуре гормоны часто проявляют разные биологические эффекты).

Под контролем гормонов протекают все этапы развития животных и человека, все основные процессы жизнедеятельности; они обеспечивают нормальный рост органов и тканей, формирование клеточного фенотипа и дифференцировку тканей, формирование пола и размножение, адаптацию к меняющимся условиям внешней среды, поведенческие реакции, а также поддержание внутренней среды организма (гомеостаза).

Совокупность регулирующего воздействия разных гормонов на функции организма называют гормональной регуляцией.

Некоторые гормоны по-разному воздействуют на различные ткани. У позвоночных, включая человека, например, инсулин повышает потребление глюкозы и её окисление в мышечных клетках, липогенез – в жировой ткани, транспорт аминокислот – в клетках печени и лимфоцитах, синтез белка – в печени и мышцах и т. д.

К концу 1980-х гг. в науке сформировалось убеждение, что у высокоразвитых животных и человека железы внутренней секреции и синтезируемые ими гормоны образуют единую эндокринную систему; общий контроль над периферическими железами осуществляет гипоталамус, который получает информацию из разных отделов головного мозга и из омывающей его крови. Образуемые в нём рилизинг-гормоны и статины выполняют роль связующего звена между нервной и эндокринной системами. Они регулируют (усиливают или тормозят) выделение гипофизом тропных гормонов, которые, в свою очередь, стимулируют выделение периферическими железами (щитовидной железой, корой надпочечников, половыми железами) гормонов, оказывающих непосредственное регулирующее влияние на различные органы и ткани.

Все уровни этой системы связаны между собой механизмами обратной связи: избыток гормонов в крови приводит к приостановке его выделения железой, а дефицит – к стимуляции выделения. Кроме того, важную роль в регуляции играют медиаторы симпатической и парасимпатической нервных систем (например, в случае стресса в ответ на нервные импульсы мозговое вещество надпочечников увеличивает секрецию адреналина и норадреналина).

Выделение ряда гормонов может регулироваться соотношением гормонов-антагонистов (например, инсулин – глюкагон), а также содержанием в крови специфических метаболитов (например, избыток глюкозы стимулирует секрецию поджелудочной железой инсулина). Некоторые вырабатываемые в гипоталамусе (вазопрессин и окситоцин) и гипофизе (соматотропин и пролактин) пептидные гормоны проявляют действие на периферии и воздействуют непосредственно на органы- и ткани-мишени.

Первоначально полагали, что гормоны выделяются только железами внутренней секреции. Однако в конце 20 века были открыты гормоны, которые секретируются в кровь другими органами и тканями. Например, инсулиноподобные ростовые факторы (ИРФ) вырабатываются печенью и другими органами; они сходны по химической структуре и механизму действия с инсулином, но выполняют другие физиологические функции, которые контролируются соматотропином.

Различные органы секретируют в кровь ряд эпидермальных ростовых факторов (ускоряют заживление ран, рост мышц и кровеносных сосудов и т. д.), продуцируют фактор роста эндотелия сосудов, способствующий росту и формированию кровеносных сосудов.

Клетки сердечно-сосудистой системы выделяют натрийуретические гормоны, которые усиливают выведение ионов натрия из организма, вызывают расширение сосудов, участвуют в регуляции роста костной ткани, контролируют другие функции. В сердечной мышце в значительных количествах вырабатывается адреномедуллин, а также белок, сходный с паратгормоном. Оба эти гормона, как и натрий-уретические гормоны, индуцируют расширение сосудов, и с их помощью сердце регулирует кровяное давление, а нарушение функции этих гормонов вызывает развитие злокачественной гипертонии в сочетании с различными формами пороков сердца. В стенках кровеносных сосудов образуются три типа эндотелинов (один из них сужает кровеносные сосуды, два других обладают противоположным действием).

Синтезируемые в жировой ткани лептин и адипонектин активируют липидный обмен, стимулируют окисление жиров, участвуют в регуляции иммунной системы, выполняют другие функции. Адипонектин проявляет также гипотензивное действие, препятствует образованию склеротических бляшек и развитию атеросклероза.

Многие гормоны выделяются клетками желудочно-кишечного тракта – гастроинтестинальные гормоны. Описана группа ядерных рецепторов, взаимодействующих с простагландинами и ненасыщенными жирными кислотами; это свидетельствует о том, что гормональными свойствами обладают также поступающие в организм с пищей ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линоленовая, арахидоновая и др.). К «пищевым гормонам» относится также витамин D, участвующий в регуляции минерального обмена.

По химической природе гормоны позвоночных животных, в том числе человека, делят на три основные группы:

• пептидные и белковые, среди которых встречаются как простые (инсулин, соматотропин, пролактин и др.), так и сложные (гликопротеины – тиреотропный гормон, лютропин и фоллитропин) белки;
• производные аминокислот (адреналин, норадреналин, тиреоидные гормоны – тироксин, трииодтиронин);
• стероидные (половые гормоны и кортикостероиды).

Гормоны действуют как сигнальные вещества, переносящие соответствующую информацию (сигнал) в клетки-мишени. Их действие реализуется через связывание со специфическими для конкретного гормона рецепторными белками, расположенными на поверхности или внутри клеток-мишеней.

Белковые и пептидные гормоны, адреналин и норадреналин взаимодействуют с рецепторами, встроенными в клеточные мембраны. При этом сначала происходит высвобождение внутрь клетки т. н. вторичных посредников (мессенджеров), в роли которых могут выступать циклические 3′-, 5′-аденозинмонофосфат (цАМФ), циклические 3′-, 5′-гуанозинмонофосфат (цГМФ) и фосфоинозитиды. Они запускают внутриклеточный каскадный механизм – цепь ферментативных реакций, усиливающих исходный сигнал путём регуляции активности ферментов, фосфорилирующих различные белки (чаще всего другие ферменты). Например, взаимодействие адреналина со своим рецептором сопровождается повышением уровня цАМФ и приводит к активации внутриклеточной цАМФ-зависимой протеинкиназы; последняя фосфорилирует (активирует) фермент киназу, а та, в свою очередь, – ещё один фермент, фосфорилазу, обеспечивающую распад (фосфоролиз) гликогена с образованием глюкозо-1-фосфата. По аналогичному механизму действуют вазопрессин, тиреотропин, глюкагон, лютропин, фоллитропин и многие другие.

Стероидные гормоны и производные тирозина – тиреоидные гормоны, будучи липофильными соединениями, свободно проходят через клеточную мембрану и связываются с рецепторами, находящимися в цитоплазме или ядре клеток. Образовавшиеся комплексы гормонов с рецепторами взаимодействуют с регуляторными участками генов и тормозят или активируют их экспрессию.

Недостаточное или избыточное выделение гормонов приводит к эндокринным заболеваниям. С нарушениями гормональной регуляции во многом связаны процессы старения, развитие сердечно-сосудистых и других болезней. Снижение секреции инсулина, например, вызывает сахарный диабет, уменьшение секреции тиреоидных гормонов – аддисонову болезнь, снижение продукции гормона роста – нанизм, а избыточная секреция гормона роста в раннем возрасте приводит к гигантизму, у взрослых людей – к акромегалии.

Наука о гормонах – эндокринология. О гормонах растений см. Фитогормоны.