Експериментальні дослідження з виключенням (руйнуванням) окремих структур гіпоталамуса і порушенням його нервових зв'язків з іншими відділами головного мозку дозволили встановити, що нервовий контроль передньої долі гіпофіза здійснюється двома механізмами (рівнями регуляції).
Перший рівень регуляції реалізує так звана гіпофізотропная область гіпоталамуса, яка контролює вихідну (базальну) секрецію передньої долі гіпофіза і нейрогіпофізарного секрецію. Другий, більш високий рівень забезпечується іншими гипоталамическими і внегіпоталаміческімі областями мозку (гіпокамп, передній таламус, середній мозок і ін.), Які беруть участь в стимуляції або пригнічення функції гіпофіза. Внегіпоталаміческіе структури мозку здійснюють важливий нейроендокринний контроль діяльності гіпофіза і відповідальні за добовий ритм секреції гормонів. Середній мозок, гіпокамп і переднемедіальних таламическое ядро беруть участь в регуляції секреції АКТГ, гонадотропінів, пролактину, гормону росту. Крім того, в гіпоталамус проектуються також висхідні аферентні і прямі зв'язки з сітчастого утворення і середнього мозку, де локалізуються дофаминергические і інші клітини, що секретують різні моноаміни.
Гіпоталамус має багату мережу кровоносних судин, які в області серединного узвишшя утворюють портальну систему. Найбільш васкуляризовані супраоптическое і паравентрикулярное ядра. Гістологічно область серединного узвишшя представляє зону контактів, що містить закінчення численних нейронів, локалізованих в перерахованих ядрах гіпоталамуса, за якими продукти секрету цих нейронів (гіпофізотропная гормони) досягають капілярів ворітної (портальної) системи гіпофіза. Венозні капіляри портальної системи мають спеціальні отвори (шунти), що створюють можливість переходу з'єднань з достатньою молекулярною масою з крові в периваскулярні простору серединного узвишшя.
Гіпоталамус, таким чином, є областю, трасформіруется інформацію, що надходить по нервових шляхах з верхніх відділів нервової системи, за допомогою зміни рівня нейротрансмітерів (нейромедіаторів), до яких відносяться різні моноаміни: адреналін, норадреналін, дофамін, серотонін, ацетилхолін, g-аміномасляна кислота. Стресові ситуації і інші фактори призводять до зміни змісту, швидкості синтезу і вивільнення моноамінів в гіпоталамусі, які в свою чергу змінюють швидкість секреції гіпоталамічних і гіпофізотропная гормонів, що і призводить до відповідної зміни функціональної активності передньої долі гіпофіза.
Вважається, що нейротрасміттери (моноаміни) регулюють діяльність гіпофіза за допомогою декількох механізмів: а) участь у синаптичній передачі інформації, що надходить з лімбічної системи мозку, на нейрон, який продукує гіпофізотропная гормони (пептиди); б) дія на мембрану гипоталамического нейрона і процес вивільнення гіпофізотропная гормону; в) зміна функціональної активності аксона гипоталамического нейрона в області капілярів портальної (ворітної) системи гіпофіза з модифікацією транспорту гіпофізотропная гормону в кров; г) вплив на клітини передньої долі гіпофіза зі збільшенням або пригніченням їх секреторної активності або модифікацією їх відповіді на дію гіпофізотропная гормонів.
Таким чином, гіпоталамус є місцем, де нервові і ендокринні клітини взаємодіють один з одним, здійснюючи швидку і високоефективну передачу інформації, необхідної для швидкої відповіді з боку органу, систем і організму в цілому з метою обепеченія життєдіяльності організму. Передача інформації від клітини до клітини здійснюється хімічними мессенджерами (гормони і моноаміни) і електричною активністю. Міжклітинні взаємодії, як показали дослідження останніх років, можуть здійснюватися наступними механізмами: синаптичної передачею месенджера; гормональним механізмом за допомогою циркулюючих гормонів; паракрінним механізмом, тобто без надходження гормону в кров, а тільки в міжклітинну рідину; аутокрінним механізмом, тобто виходом гормону з клітки в міжклітинну рідину і взаємодія цього гормону з мембранними рецепторами, розташованими на тій же клітині. Показано, що норадреналін, соматостатин, дофамін, гонадоліберину, окситоцин, вазопресин можуть виступати в якості гормонів і секретироваться ендокринними клітинами або нейронами, а також виявлятися в синапсах нервових клітин і виконувати роль нейротрансмітерів. Інша група гормонів - глюкагон, енкефаліни, холецистокінін, похідні проопиомеланокортина секретируются ендокринними клітинами, виконуючи гормональну функцію, а також, локалізуючись в нервових закінченнях, надають нейротрансмітерної дію. Причому ці дві властивості виявляються і в інших гормонів аденогіпофіза. Тіроліберін і ВІП секретируются нейронами, але виконують гормональну функцію, а в нервових закінченнях надають явну нейротрансмітерної дію.
Необхідно відзначити, що, крім нейромедіаторів, в механізмах вивільнення гіпофізотропная гормонів приймають обов'язкову участь іони К + і Са2 +, простагландини, цАМФ та інші речовини.
ПРИНЦИП ЗВОРОТНОГО ЗВ'ЯЗКУ В РЕГУЛЯЦІЇ ГОРМОНІВ
Вітчизняний вчений М.М. Завадовський, вивчаючи закономірності в регуляції діяльності ендокринних залоз, вперше в 1933 р сформулював принцип "плюс-мінус взаємодія", що отримав надалі назву "принцип зворотного зв'язку".
Під зворотним зв'язком мається на увазі система, в якій кінцевий продукт діяльності цієї системи (наприклад, гормон, нейротрансмиттер і інші речовини) модифікує або видозмінює функцію компонентів, що складають систему, спрямовану на зміну кількості кінцевого продукту (гормону) або активності системи. Життєдіяльність всього організму є наслідком функціонування найчисельніших саморегулівних систем (видільна, серцево-судинна, травна, дихальна та ін.), Що знаходяться в свою чергу під контролем нейроендокринної-імунної системи. Все перераховане представляє, таким чином, комплекс різних саморегулівних систем, що знаходяться в певному ступені залежності і "підпорядкованості". Кінцевий результат або активність системи може модифікуватися двома шляхами, а саме шляхом стимуляції для збільшення кількості кінцевого продукту (гормону) або підвищення активності ефекту, або шляхом пригнічення (інгібування) системи з метою зменшення кількості кінцевого продукту або активності. Перший шлях модифікування називається позитивною, а другий - негативним зворотним зв'язком. Прикладом позитивного зворотного зв'язку є підвищення рівня гормону в крові, що стимулює вивільнення іншого гормону (підвищення рівня естрадіолу в крові викликає вивільнення ЛГ в гіпофізі), а негативного зворотного зв'язку, коли підвищений рівень одного гормону пригнічує секрецію і вивільнення іншого (підвищення концентрації тіроідних гормонів в крові знижує секрецію ТТГ в гіпофізі).
Гіпоталамо-гіпофізарна регуляція здійснюється механізмами, що функціонують за принципом зворотного зв'язку, в яких чітко виділяються різні рівні взаємодії (рис. 2).
Рис 2. Рівні функціонування зворотного зв'язку.
Під "довгою" ланцюгом зворотного зв'язку мається на увазі взаємодію периферичної ендокринної залози з гіпофізарний і гипоталамическими центрами (не виключено, що і з супрагіпоталаміческімі і іншими областями ЦНС) за допомогою впливу на зазначені центри змінюється концентрації гормонів в циркулюючої крові.
Під "короткій" ланцюгом зворотного зв'язку розуміють таку взаємодію, коли підвищення гипофизарного тропного гормону (наприклад, АКТГ) модулює і модифікує секрецію і вивільнення гіпофізотропная гормону (в даному випадку кортиколиберина).
"Ультракороткі" ланцюг зворотного зв'язку - вид взаємодії в межах гіпоталамуса, коли вивільнення одного гіпофізотропная гормону впливає на процеси секреції і вивільнення іншого гіпофізотропная гормону. Цей вид зворотного зв'язку має місце в будь-який ендокринної залозі. Так, звільнення окситоцина або вазопресину через аксони цих нейронів і за допомогою міжклітинних взаємодій (від клітини до клітини) модифікує активність нейронів, які продукують ці гормони. Інший приклад, вивільнення пролактину і його дифузія в межваскулярние простору призводить до впливу на сусідні лактотрофи з подальшим пригніченням секреції пролактину.
"Довга" і "коротка" ланцюга зворотного зв'язку функціонують як системи "закритого" типу, тобто є саморегулюючими системами. Однак вони відповідають на внутрішні і зовнішні сигнали, змінюючи на короткий час принцип саморегуляції (наприклад, при стресі і ін.). Поряд з цим на зазначені системи впливають механізми, що підтримують біологічний циркадний ритм, пов'язаний зі зміною дня і ночі. Циркадний ритм являє собою компонент системи, який регулює гомеостаз організму і дозволяє адаптуватися до мінливих умов зовнішнього середовища. Інформація про ритмі день-ніч передається в ЦНС з сітківки ока на супрахіазматіческое ядра, які разом з епіфізом утворюють центральний циркадний механізм - "біологічний годинник". Крім механізму день-ніч, в діяльності цих "годин" беруть участь інші регулятори (зміна температури тіла, стан відпочинку, сну і ін.).
Супрахіазматичним ядер належить інтегруюча роль в підтримці біологічних ритмів. Близько 80% клітин супрахиазматичних ядер порушується при дії ацетилхоліну. Спроби змінити ритм діяльності ядер інфузією великої кількості серотоніну, дофаміну, тиролиберина, речовини Р, гліцину або g-аміномасляної кислоти виявилися неефективними. Однак в цій області виявлені деякі гормони (вазопресин, гонадоліберину, речовина Р), які, безсумнівно, якимось чином беруть участь в механізмах підтримки біологічних ритмів.
Секреція багатьох гормонів (АКТГ, СТГ, глюкокортикоїди і ін.) Схильна до протягом доби значних коливань. На рис. 3 представлений добовий ритм секреції СТГ. Вивчення циркадний секреції гормонів має велике клінічне значення, так як при деяких захворюваннях (акромегалія, хвороба Іценко - Кушинга) порушення добового ритму секреції гормонів є важливим диференційно-діагностичною ознакою, який використовується в диференціації синдромно подібною патології.
гіпоталамічна регуляція
Гіпоталамус є тією областю ЦНС, яка за допомогою нейротрансмітерів, гіпоталамічних, гіпофізотропная гормонів, а також симпатичної і парасимпатичної частин вегетативної нервової системи інтегративно регулює функціональну активність гіпофіза і периферичних ендокринних залоз.
Відомі в даний час гіпофізотропная гормони гіпоталамуса діляться на гормони, які посилюють (вивільняють, рилізинг-гормони) і пригнічують (інгібуючі) секрецію і вивільнення (виділення) відповідних тропних гормонів передньої долі гіпофіза. Комісія по біохімічної номенклатурі Міжнародного товариства чистої і прикладної хімії Міжнародного біохімічного товариства (1974 г.) рекомендувала прийняти закінчення "ліберинів" в назвах гормонів гіпоталамуса, що підсилюють вивільнення відповідних тропних гормонів гіпофіза (наприклад, кортиколиберин), і закінчення "статини" в назвах гормонів з ингибирующим ефектом (наприклад, соматостатин).
Встановлено існування наступних гіпофізотропная гормонів: 1) гормон, що вивільняє лютеинизирующий і фолікулостимулюючий гормони - гонадоліберину (люліберін); 2) кортикотропин-рилізинг-гормон кортиколиберин; 3) соматотропин-рилізинг-гормон - соматолиберин; 4) гормон, який пригнічує вивільнення гормону росту - соматостатин; 5) пролактин-рилізинг-гормон - пролактоліберін, функцію якого виконують, ймовірно, тіроліберін і ВІП; 6) гормон, який пригнічує вивільнення пролактину - пролактостатін, роль якого виконує дофамін; 7) тіротропін-рилізинг-гормон - тіроліберін; 8) гормон, що вивільняє меланоцитостімулірующий гормон - меланоліберін; 9) гормон, який пригнічує вивільнення меланоцітостімулірующего гормону - меланостатин. Існування двох останніх гормонів у людини остаточно не доведено.
Вазопресин також здатний стимулювати вивільнення АКТГ, але для цього потрібні дози, превищающіе в тисячі разів дози, які надають максимальний антидиуретический ефект. Вазопресин і кортиколиберин надають синергічну вплив на секрецію АКТГ. Так, вазопресин в 2-3 рази підсилює здатність кортиколиберина вивільняти АКТГ (пряме потенціюючу дію). Проведені дослідження показали, що в нервових закінченнях серединного узвишшя вазапрессін і кортиколиберин виявляються разом, що свідчить про можливу їх одночасної секреції при певних умовах. Потенціюючу дію кортиколиберина на секрецію АКТГ крім вазопресину багатодітній родині і адреналін і ангіотензин II. Як відомо, вазопресин здійснює свою дію через інозітолфосфатную систему, а адреналін і ангіотензин II - через цАМФ. На мембранах клітин передньої долі гіпофіза виявлені високоафінні рецептори до вазопресину, які фармакологічно підрозділяються на V2 (антидіуретичний) і V1 (вазопресорні) рецептори.
Гіпофізотропная нейрони, секретирующие кортиколиберин, локалізуються в дугообразном, дорсомедіальних, вентромедіальної ядрах, але найбільша їх кількість розташована в паравентрикулярного ядрі. Аксони цих клітин закінчуються в області серединного узвишшя, звідки через портальну систему гіпофіза кортиколиберин досягає клітин аденогіпофіза.Скорость біосинтезу і вивільнення кортиколиберина модулюється моноамінів. Так, адреналін, норадреналін, серотонін, ацетилхолін, глютамин, ангіотензин II, нейропептид Y та аспартамін стимулюють, а аргінін вазопресин, g-аміномасляна кислота, речовина Р і опіоїдні пептиди пригнічують вивільнення кортиколиберина (схема 12). Крім того, холецистокінін, гастрінвисвобождающій пептид, передсердний натрійуретичний гормон також здатні стимулювати вивільнення АКТГ.
Схема 12. Контроль секреції і висво- бождение кортиколиберина.
КЛН - кортіколіберінсінтезірующій нейрон; 1 - серотонін; 2 - ацетилхолін; 3 - гамма-аміномаслянная кислота; 4 - норадреналін. Суцільні стрілки - стимулюючий вплив, пунктирні - пригнічуючий вплив на секрецію корті- коліберіна.
Таким чином, кортиколиберин стимулює синтез і вивільнення АКТГ за допомогою цАМФ і системи ФІФ2 (інозітолфосфатная система), що є вторинним месенджером вазопресину. Підвищення концентрації калію деполяризує клітинну мембрану і в присутності іонів кальцію відбувається вивільнення АКТГ. Ця дія кортиколиберина не вимагає синтезу білка. Крім того, кортиколиберин прискорює біосинтез АКТГ de novo, і цей вплив може бути пригнічена пуромицин і актиноміцином D.