Нервно-гормональная регуляция обмена веществ

Гормональная регуляция обменных процессов обусловлена деятельностью эндокринной системы. Выделяют три основных вида влияний гормонов на метаболизм: 1) на активность ферментов, 2) на синтез ферментов, 3) на проницаемость мембран (Меньшиков, 1970).

Влияние гормонов на активность ферментов обусловлено их воздействием на структуру молекулы фермента, переводом фермента из неактивной формы в активную и. т. д. При этом гормоны активируют одни ферменты и тормозят действие других.

Влияние гормонов на синтез ферментов осуществляется путем воздействия на генетический аппарат клетки. Так, гормоны коры надпочечников активируют гены ДНК и усиливают синтез РНК, как информационной, так и транспортной. В результате повышается синтез соответствующих ферментов.

Многие гормоны способны активно воздействовать и на проницаемость клеточных мембран и мембран клеточных органелл, в которых осуществляются отдельные фазы обмена веществ. Так, инсулин повышает проницаемость клеточных мембран некоторых тканей по отношению к глюкозе, в результате чего ее поступление в клетки усиливается. Гормон щитовидной железы — тироксин влияет на состояние мембраны митохондрий, гормон коры надпочечников — гидрокортикозона на мембрану лизосом.

Наиболее важная регуляция метаболизма осуществляется нервной системой.Воздействие нервной системы на метаболизм связывают главным образом с деятельностью симпатического отдела нервной системы, с его адаптационно-трофической функцией (Л. А. Орбели). Трофический эффект свойствен и другим нервным волокнам, кроме симпатических. Перерезка нервов приводит к нарушению метаболизма в тканях.

Сущность непосредственного трофического влияния нервной системы на клетки изучена недостаточно. Полагают, что вещества, регулирующие трофику тканей (возможно, продукты метаболизма нуклеиновых кислот), синтезируются в теле нервной клетки и поступают в аксоплазму. Последняя непрерывно передвигается в проксимально-дистальном направлении. Таким путем ток аксоплазмы обеспечивает транспорт их к периферическим органам. Существенная роль в регуляции метаболизма принадлежит медиаторам симпатической нервной системы — норадреналину и ацетилхолину. В метаболизме клетки эти медиаторы влияют на активность ферментов.

Центральная нервная система оказывает свое влияние на обмен веществ. Особая роль принадлежит гипоталамической области головного мозга, в гипоталамусе локализованы ядра и центры, в которых осуществляется анализ состояния внутренней среды организма, формируются управляющие сигналы и посредством эфферентных систем приспосабливают ход метаболизма потребностям организма.

Эфферентными звеньями системы регуляции обмена являются симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы и эндокринная система. Сигналы из гипоталамуса могут доходить до отдельных эндокринных желез чисто нервным путем, главным образом по симпатическим ветвям. Кроме того, в гипоталамусе вырабатываются вещества пептидной структуры (нейрогормоны), стимулирующие функцию передней доли гипофиза, а через нее — ряда эндокринных желез.

Через гипоталамическую область мозга осуществляется и влияние коры больших полушарий мозга на обмен веществ. Таким образом, нервные и эндокринные механизмы функционируют как единая нейрогуморальная система (рис. 25).

Рис. 25. Интегрирующие функции нервной, эндокринной и сосудистой систем в метаболизме (по: Андреева и др., 1998)

Регуляция белкового обмена. Влияния центральной нервной системы на процессы синтеза и распада белка осуществляется как прямым путем, так и опосредовано, путем изменения функционального состояния желез внутренней секреции. Мозговая регуляция белкового обмена связана с деятельностью гипоталамической области промежуточного мозга.Удаление коры больших полушарий у животных вызывает понижение интенсивности белкового обмена, особенно синтеза белка. Это доказано в опытах на животных, так у молодых животных резко замедляется рост и накопление массы тела.

Влияние гормонов на белковый обмен довольно разнообразно: одни гормоны стимулируют синтез белка, то есть оказывают анаболическое действие, другие преимущественно активируют процессы распада белка, то есть являются гормонами катаболического действия (рис. 26).

АНАБОЛИЗМ

Cоматотропин

Андрогены

Гормоны щитовидной железы

Инсулин

КАТАБОЛИЗМ

Гормоны коры надпочечников

Гормон щитовиднойжелезы

Рис. 26. Влияние гормонов на обмен белков (по: Држевецкая, 1994)

Соматотропин — гормон, вырабатываемый в передней доле гипофиза, является мощным анаболическим гормоном. В период роста организма он стимулирует рост скелета и увеличение белковой массы всех органов и тканей. На протяжении остальной жизни человека соматотропин обеспечивает процессы синтеза белка, необходимые для нормальной жизнедеятельности.

Инсулин также является гормоном анаболического действия. Он оказывает на белковый обмен как непосредственное влияние, так и опосредовано через углеводный обмен. Непосредственное влияние инсулина на белковый обмен обусловлено тем, что он повышает проницаемость клеточных мембран по отношению к аминокислотам. В результате усиливается переход аминокислот из внеклеточной среды внутрь клетки и тем самым активируется внутриклеточный синтез белка. Кроме того, под влиянием инсулина усиливается потребление глюкозы клетками ряда тканей, в результате чего освобождается значительное количество энергии. Эта энергия частично используется на процессы белкового синтеза.

Гормоны щитовидной железы (тироксин и трийодтиронин)оказывают на белковый обмен различное действие в зависимости от белкового питания, исходного состояния белкового обмена и функции самой щитовидной железы. При нормальном функционировании щитовидной железы гормоны стимулируют синтез белка и благодаря этому активируют рост, развитие и дифференциацию тканей и органов. Наиболее выраженное анаболическое влияние гормоны щитовидной железы оказывают в условиях недостатка белкового питания, тем самым способствуя максимальному использованию поступающих в организм аминокислот. В условиях избыточного белкового питания гормоны щитовидной железы оказывают катаболическое действие, активируя процессы распада белка.

Глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортикостерон) — гормоны коры надпочечников — оказывают на обмен белка выраженное катаболическое действие, причем степень этого действия в разных тканях неодинакова. Наиболее усиленный распад белка под влиянием глюкокортикоидов обнаруживается в лимфоидной, мышечной и соединительной тканях. При этом освобождаются аминокислоты, которые подвергаются дезоминированию. Безазотистый остаток аминокислот превращается затем в глюкозу и гликоген. Таким образом, глюкокортикоиды не только усиливают распад белка ряда тканей, но и активируют гликогенез — новообразование углеводов. Иное действие оказывают глюкокортикоиды на печень. Они активируют процессы синтеза белковых структур в печени, а также происходящий в печени синтез белков плазмы крови.

Кортикотропин влияет на белковый обмен в основном через кору надпочечников, стимулируя биосинтез глюкокортикоидов.

Половые гормоны. Женские половые гормоны (эстрогены) стимулируют синтез белка в тканях женской половой сферы (матка, грудные железы и др.) Мужские половые гормоны (андрогены) также обладают анаболическим действием, но значительно более широким, чем эстрогены. Андрогены усиливают синтез белка не только в мужских половых органах, но и в других тканях. Анаболическое свойство андрогенов имеет практическое значение и используется для создания синтетических препаратов, обладающих выраженным анаболическим влиянием на белковый обмен. Они применяются для стимуляции роста детей, отстающих в физическом развитии.

У детей в регуляции белкового обмена отмечаются существенные изменения. Так, в периоде внутриутробного развития синтез белка активирует гормон плаценты — соматотропин. После рождения усиленный синтез белка продолжается под влиянием собственного соматотропина ребенка. Он стимулирует рост скелета и увеличение массы органов. В связи с этим в здоровом растущем организме азотистый баланс всегда положителен.

Важное анаболическое действие осуществляет инсулин, продукция которого у детей относительно больше, чем у взрослых людей. Инсулин усиливает транспорт аминокислот через цитоплазматические мембраны, а вызываемое им понижение уровня глюкозы в крови стимулирует выделение соматотропина из гипофиза. При недостатке инсулина (сахарном диабете) дети отстают в росте от своих здоровых сверстников.

После начала функционирования гонад анаболическое действие на белковый обмен начинают оказывать половые гормоны. Тестостерон активирует синтез белка в печени, почках, сердце и скелетных мышцах.

Глюкокортикоиды действуют двояко: в лимфоидной, мышечной и соединительной ткани они усиливают распад белка, в результате чего освобождаются аминокислоты для синтеза белка в других тканях, а также углеводов — важнейшего источника энергии.

Регуляция углеводного обмена. Нервная регуляция углеводного обмена осуществляется структурами продолговатого мозга (расположенными в области дна IV желудочка), гипоталамической областью и корой больших полушарий головного мозга. Центральным звеном регуляции углеводного и других видов обмена является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются через вегетативную нервную систему и гуморальным путем, включающим эндокринные железы.

Выраженным влиянием на углеводный обмен обладает инсулин — гормон, вырабатываемый В-клетками островков поджелудочной железы. При введении инсулина уровень глюкозы в крови снижается. Это объясняется тем, что под влиянием инсулина увеличивается потребление сахара клетками тканей, особенно мышечной и жировой. В печени и мышцах усиливается синтез гликогена, а в жировой ткани происходит образование жира из глюкозы. Наряду с этим инсулин тормозит процессы гликогенеза в печени.

Гюкогон — гормон, продуцируемый А-клетками поджелудочной железы. Он активирует гликогенолиз в печени, в результате чего освобождается свободная глюкоза, поступающая затем в кровь. Адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников. Совместно с глюкагоном активирует фосфорилазу печени, тем самым вызывает распад печеночного гликогена. Одновременно усиливает распад гликогена мышц, поэтому после введения адреналина или избыточного его образования увеличивается концетрация и сахара, и молочной кислоты в крови.

Глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечников. Под их действием усиливается глюконеогенез — образование сахара из неуглеводов, что приводит к увеличению уровня глюкозы в крови и содержания гликогена в печени. Соматотропин — гормон гипофиза — уменьшает утилизацию глюкозы периферическими тканями и одновременно усиливает распад жира, доставляя тем самым исходный материал для глюконеогенеза. Гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин, по современным представлениям, в умеренных дозах усиливают всасывание моносахаридов в кишечнике.

Регуляция жирового обмена осуществляется нервной и эндокринной системами, а также тканевыми механизмами и тесно связана с углеводным обменом. Так повышение концентрации глюкозы в крови уменьшает распад триглицеридов и активизирует их синтез. Понижение концентрации глюкозы в крови, наоборот тормозит синтез триглицеридов и усиливает их расщепление.

Таким образом, осуществляется взаимосвязь жирового и углеводного обмена в обеспечении энергетических нужд в организме: при избытке одного из источников энергии (глюкозы) происходит депонирование триглицеридов в жировой ткани, при недостатке углеводов (гипогли­кемия) триглицериды расщепляются с образованием неэстерифицированных жирных кислот, служащих источником энергии. Указанные процессы находятся под влиянием нервных и эндокринных воздействий. Нервные влияния на жировой обмен контролируются гипоталамусом. Особую роль играют ядра, расположенные в его задней доле.

Так, при разрушении вентромедиальных ядер гипоталамуса развивается длительное повышение аппетита и усиление отложения жира. Разрушение вентролатеральных ядер напротив ведет к потере аппетита и исхуданию.

Имеются данные, свидетельствующие о прямых нервных влияниях на обмен жиров (опыты с перерезкой нервов). Симпатические влияния тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад, а парасимпатические, наоборот, способствуют отложению жира.

Ряд гормонов оказывает влияние на жировой обмен. Так, выраженным жиромобилизующим действием обладают адреналини норадреналин — гормоны мозгового слоя надпочечников. Аналогичным действием обладают соматотропный гормон гипофиза и тироксин — гормон щитовидной железы. Наоборот тормозят мобилизацию жира глюкокортикоиды — гормоны коры надпочечников. Подобное действие оказывает инсулин — гормон поджелудочной железы.