Мозг и гормоны: роль эндокринной системы

1.

Мозг и
гормоны: роль
эндокринной
системы
Лектор: д.б.н. Дубынин
Вячеслав Альбертович,
профессор биофака МГУ
МФК МГУ, 30.04.2025
«Химия» мозга,
лекция 11

2.

Железы
организма
экзокринные,
эндокринные,
смешанные
Экзокринные железы имеют протоки и выделяют секреты на поверхность кожи
или на поверхность слизистых оболочек полостей различных органов (печень,
молочные, сальные, потовые, ЖКТ).
Эндокринные железы не имеют протоков и выделяют свои секреты (гормоны)
в кровь и лимфу.
2

3.

Железы и гормоны
К железам внутренней секреции
относятся:
эпифиз, гипофиз, щитовидная,
паращитовидные железы,
вилочковая железа (тимус),
надпочечники.
Железы смешанной секреции:
поджелудочная и половые.
Гормоны — химические
соединения с высокой
биологической активностью; дают в
малых дозах значительный
физиологический эффект, действуя
на клетки-мишени через
специфические рецепторы.
3

4.

Поджелудочная железа:
обмен углеводов
1 – печень, 2 – желудок, 3 – поджелудочная железа,
4 – 12-типерстная кишка, 5 – проток поджелудочной
железы, 6 – проток желчного пузыря,
7 – желчный пузырь.
Глюкагон-подобный
пептид (ГПП-1):
подавление голода
(семаглутид, оземпик,
семавик и др.)
Через протоки железы
выделяются пищеварительные ферменты в полость
кишечника, эндокринная часть представлена
островками Лангерганса, секретирующими гормоны
инсулин и глюкагон.
4

5.

Гипоталамо-гипофизарная
система
Э – эстрогены, Пг – прогестерон,
Окс – окситоцин, АДГ – антидиуретический гормон.
1. Соматотропный гормон (СТГ) –
активирует выделение истинного гормона
роста из печени.
2. Тиреотропный гормон (ТТГ) –
воздействует на щитовидную железу, вызывая
образование тироксинов.
3. Адренокортикотропный (АКТГ) – на кору
надпочечников, вызывая образование
кортикостероидов.
4. Фолликулостимулирующий гормон
аденогипофиза (ФСГ) стимулирует
образование половых клеток.
5. Лютеинизирующий (ЛГ) – образование
половых гормонов.
6. Лактотропный (ЛТГ, пролактин)
секретируется в конце беременности и
приводит к выработке молока.
5

6.

Таламус
Гипофиз
Эпифиз
гипофиз
и эпифиз
(эндокринные
железы);
таламус,
гипоталамус,
субталамус
Гипоталамус
Ножки мозга
Четверохолмие
Мост
Промежуточный
мозг:
Мозжечок
Продолговатый мозг
Гипоталамус является главным центром эндокринной и
вегетативной регуляции, а также главным центром биологических
потребностей (и связанных с ними эмоций).
6

7.

паравентрикулярное
преоптические
супрахиазменное
супраоптическое
Эти ядра содержат нейроэндокринные
клетки, аксоны которых идут в заднюю
долю гипофиза и здесь выбрасывают
гормоны в кровь. Другие нейроны, расположенные в основном в средней части
гипоталамуса («серый бугор») выделяют в
сосудистое сплетение гормоны,
регулирующие работу передней доли
гипофиза.
Примеры ядер гипоталамуса
супрахиазменные («биологические
часы») и преоптические
(терморецепторы).
Сейчас речь пойдет о ядрах,
регулирующих деятельность
эндокринной системы: прежде
всего, паравентрикулярном и
супраоптическом.
7

8.

Большинство гормонов гипоталамуса и
гипофиза – белковые и пептидные
молекулы. В гипоталамусе они синтезируются в телах нейросекреторн.
клеток (вырезаются из белковпредшественников), загружаются в
везикулы и переносятся по аксонам к
месту экзоцитоза.
Далее гормоны выделяются в
межклеточную среду с наружной стороны
эпителиальных клеток капилляров, путем
диффузии попадают в кровь и с кровью
доставляются к клеткам-мишеням.
паравентрикулярное
супраоптическое
Эти ядра содержат нейроэндокринные
клетки, аксоны которых идут в заднюю
долю гипофиза и здесь выбрасывают
гормоны в кровь. Другие нейроны, расположенные в основном в средней части
гипоталамуса («серый бугор») выделяют в
сосудистое сплетение гормоны,
регулирующие работу передней доли
гипофиза.
серый
бугор
8

9.

Действие гормонов на клетки-мишени развивается
обычно теми же путями, что и в случае медиаторов:
гормон действует на специфические рецепторы,
запуская (через G-белки) синтез вторичных
посредников, которые влияют на активность белковнасосов, ферментов, включают и выключают гены
(на уровне ДНК) и т.д.
В ряде случаев гормон действует на клетки другой
эндокринной железы, управляя ее активностью
(«тропные гормоны», характерны для передней доли
гипофиза).
Рецепторы
гормонов
имеются и на
нервных
клетках,
благодаря
чему эндокринная и
нервная
системы тесно
взаимодействуют.
Экзоцитоз зависит от
ПД, приходящих по
аксону (для сравнения
сверху показан
обычный нейрон,
снизу – обычная
эндокринная клетка).
9

10.

Это пептиды
вазопрессин
(антидиуретический
гормон – ADH;
влияет на почки)
и окситоцин (матка,
молочная железа).
Оба они состоят из
9 а/к и различаются
лишь на две а/к.
Далее будут охарактризованы показанные на схеме гормоны. Начнем с
тех, которые, синтезируются в гипоталамусе (паравентрикулярное и
супраоптическое ядра) и выбрасываются в кровь в задней доле гипофиза.
10

11.

Основной эффект
вазопрессина:
усиление
обратного
всасывания
воды в почках
(точнее, в
нефронах;
анти-диурез).
Кроме того, он сужает
сосуды («вазопрессор»).
Это пептиды
вазопрессин
(антидиуретический
гормон – ADH;
влияет на почки)
и окситоцин (матка,
молочная железа).
Оба они состоят из
9 а/к и различаются
лишь на две а/к.
В ЦНС вазопрессин и его фрагменты в
очень низких дозах улучшают обучение
и память (перспективные ноотропы).
Вазопрессин выделяется при
повышении концентрации NaCl в крови:
сигнал для почек «экономить воду»;
параллельно возникает чувство жажды.
аквапорины
11

12.

Центр
жажды и
вазопрессин
Вазопрессин (антидиуретический гормон
АДГ) и обучение...
12

13.

Главные эффекты окситоцина:
запуск сокращений гладкомышечных
клеток матки (роды)
и протоков молочной железы
(лактация; не путать с действием
пролактина, усиливающим
образование молока).
В ЦНС окситоцин и его фрагменты противодействуют эффектам
вазопрессина, ухудшая обучение и
память.
Как и пролактин, окситоцин
выделяется
в ходе акта
сосания (при
стимуляции
соска; нервноэндокринная
дуга) + влияет
на материнскую
мотивацию и
привязанность
вообще.
Это пептиды
вазопрессин
(антидиуретический
гормон – ADH;
влияет на почки)
и окситоцин (матка,
молочная железа).
Оба они состоят из 9
а/к и разли-чаются
лишь на две а/к.
13

14.

Переходим к гормонам передней доли
гипофиза. Их существенно больше; это уже
знакомые нам пролактин и опиоидные
пептиды (эндорфины; регуляция уровня
болевой чувствительности).
Кроме того, передн. доля гипофиза
вырабатывает тропные гормоны:
тиреотропный (тиреостимулирующий – TSН;
влияет на щитовидную железу);
адренокортикотропный (АСТН; влияет на кору
надпочечников);
гонадотропные FSH и LH влияют на половые
железы мужчин и женщин;
соматотропный (гормон роста) – на рост
тела, его общий размер.
Выброс каждого из гормонов передней доли гипофиза регулируется гормонами
гипоталамуса («рилизинг»-факторы), которые могут активировать секрецию
гипофиза (либерины) либо тормозить ее (статины; не всегда имеются). Так,
дофамин является статином для пролактина и некоторых тропных гормонов. 14

15.

Эпифиз
2
4
Гипофиз
1
3
Гипоталамус
1 – тропные гормоны (активация секреции)
2 – либерины (активация секреции) + могут быть
статины (торможение секреции) гипоталамуса
3 – отрицательная обратная связь от рабочего гормона
4 – отрицательная обратная связь от тропного гормона
Конкретные эндокринные
железы
«Рабочие» гормоны
Клетки-мишени
28

16.

Щитовидная железа выделяет йодсодержащие гормоны тироксин и
трийодтиронин, усиливающие обмен
веществ (образование энергии) во всех
клетках организма.
Выделение тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3)
усиливает тиреотропный гормон передней доли
гипофиза (TSH; тиреостимулирующий гормон).
Гипоталамус, измеряя концентрацию Т3, Т4 и TSH в
крови, усиливает / изменяет выделение тиролиберина
(TRH) или дофамина (играет роль статина).
Тиролиберин активирует выброс TSH.
16

17.

Тиролиберин (трипептид Glu-HisPro) значимо влияет на работу
ЦНС. Он «дополняет» действие
тироксинов: увеличивает уровень
бодрствования, оказывает
антидепрессантное влияние,
усиливает работу дыхательного
центра (в клинике: введение
недоношенным детям).
Опасен как дефицит, так и избыток
тироксинов в организме.
При дефиците (генетические аномалии,
нехватка йода в пище) – снижение обмена
веществ, вялось, депрессии («микседема»);
у новорожденных – оставание умственного
развития (ранний анализ крови).
При избытке – нервозность, бессонница,
повышенный аппетит и худоба,
гиперактивность симпатической НС,
«выпученные» глаза («базедова болезнь»).
Причиной в случае микседемы и базедовой
болезни могут также быть аутоиммунные
нарушения. При микседеме – прием тироксинов в
виде таблеток. Эндемический зоб – разрастание
щитовидной железы при хроническом дефиците
йода в пище (для предотвращения – йодированная
поваренная соль).
17

18.

Трипептид тиролиберин
Тиреотропный гормон:
две субъединицы 98+118 а/к
18

19.

1
Механизм
действия
тиреоидных
гормонов (ТГ)
после
проникновения в
клетку через
плазматическую
мембрану
3
2
ТСБ – тироксин связывающий белок, TR – тиреоидный рецептор, RA – 9-цис-ретиноевая кислота,
RXR– рецептор ретиноевой к-ты, hsp90 – белок теплового шока, экранирующий ядерные рецепторы ТГ
(репрессия транскрипции генов), PP– проксимальный промотор.
1. Мембранные рецепторы. Активируют транспортеры глюкозы и аминокислот (АК), которые
обеспечивают транспорт этих веществ в клетку, активируют Na+/K+-АТФазу.
2. Митохондриальные рецепторы. Активируют синтез в митохондриях белков-ферментов дыхательной
цепи, обеспечивают синтез и работу Н+-АТФазы (образование АТФ).
3. Ядерные рецепторы. В покое TR ядра связаны с рецепторным участком ДНК (AGGTCA, повтор 4 раза).
В отсутствие Т3 рецептор вызывает репрессию транскрипции генов. Как только рецептор активируется Т3 и
образуется комплекс «тиреодный рецептор – рецептор ретиноевой кислоты» (Т3-TR/RXR-RA), к ДНК присоединяется белок РР. В результате инициируется транскрипция генов транспортных АТФаз, рецепторных
генов (адренорецепторов, рецепторов к ЛПНП), генов ферментов гликолиза, липолиза и др.
19

20.

GHRH
Somatostatin
Pituitary
GH
Liver
IGF-1
Соматотропный гормон (гормон роста – GH; 191 а/к). Активирует выделение
печенью IGF-1 (инсулино-подобного фактора роста, «истинного гормона роста»;
70 а/к), который вместе с GH определяет рост скелета, мышц и конечный рост
(размер тела) человека + общая активация обмена веществ.
Гипоталамус оценивает концентрацию гормона роста и IGF-1, изменяя баланс
между выделением статина (соматостатина; 14 а/к) и либерина
(соматолиберина – GHRH = соматотропин-рилизинг фактор; 44 а/к).
Нарушение работы этой системы ведет к карликовости; избыточная
активность – к гигантизму.
20

21.

GHRH
Somatostatin
Pituitary
GH
Liver
IGF-1
Акромегалия – результат резкого
увеличения продукции
соматотропного гормона в зрелом
возрасте (лишь часть органов
способна продолжать рост:
гипертрофия сердца, хрящевых
тканей и др.).
Роберт Першинг: 2.72 м
и 2м 36см
Влияния на ЦНС соматостатина: снижение
пищевой мотивации, уровня эмоциональности
и болевой чувствительности, небольшое
снижение уровня бодрствования.
Кроме гипоталамуса, выделяется дельтаклетками островков поджелудочной железы
21

22.

Надпочечник
состоит из
корковой и
мозговой частей.
Корковая часть, выделяя гормоны, работает
под управлением гипофиза (АКТГ) и
гипоталамуса (кортиколиберин).
Мозговая часть состоит из клеток того же происхождения, что и
клетки симпатических ганглиев. К ним подходят симпатические
волокна, запуская секрецию адреналина (80%) и норадреналина
(NE, 20%).
Адреналин и норадреналин действуют на внутренние органы
через те же механизмы, что и симпатическая нервная система
(система стресса, нагрузки, «эрготропная система»).
В целом мозговое вещество обеспечивает эндокринную
«поддержку» симпатической нервной системе, позволяет
пролонгировать ее эффекты на часы, сутки, недели, месяцы
(что, впрочем, может вести к развитию многих патологических
процессов, заболеваний).
22

23.

Кора надпочечников вырабатывает
кортикостероиды.
Часть из них («минералокортикоиды»)
регулирует обмен калия и натрия в почках.
Вторая часть («глюкокортикоиды», кортизол)
управляет обменом глюкозы в организме:
выброс из печени при стрессе +
образование глюкозы из других
питательных веществ (белков, жиров).
Выделение глюкокортикоидов
усиливает кортикотропин =
адренокортикотропный гормон (АКТГ
или АСТН).
Выделение АКТГ активирует
кортиколиберин (CRH).
Кортизол тормозит выброс АКТГ и CRH.
В целом глюкокортикоиды перестраивают
обмен веществ на усиленное потребление
энергии, «сопровождая» эффекты
симпатической нервной системы и адреналина.
Глюкокортикоиды, кроме того, при длительном
стрессе тормозят активность иммунной
системы и развитие воспаления, что позволяет
использовать их как противовоспалительные
препараты.
23

24.

Кортизол
Выделение глюкокортикоидов
усиливает кортикотропин =
адренокортикотропный гормон (АКТГ
или АСТН).
Выделение АКТГ активирует
кортиколиберин (CRH).
Кортизол тормозит выброс АКТГ и CRH.
При недостаточной деятельности коры
надпочечников развивается аддисонова
болезнь (часто аутоиммунная природа;
1 : 25 тыс.): бронзовый оттенок кожи,
мышечная слабость, повышенная
утомляемость (особенно на фоне
стресса), общее похудение.
24

25.

Основные механизмы, обеспечивающие
реакцию организма в состоянии стресса.
Красные стрелки – нервные влияния; синие
стрелки – гормональные влияния; черные –
изменение на уровне обмена веществ.
25

26.

Кортиколиберин
(кортикотропин-рилизинг
гормон)
Причиной любого
аутоиммунного
заболевания может
быть нарушение
обратной связи
между
цитокинами и
гипоталамогипофизарноадреналовой
системой, которая в
норме при стрессе или
травме подавляет
слабо активируемые
клоны (защита от
аутоиммунных
патологий).
26

27.

Вернемся к
гормонам
передней
доли
гипофиза.
Рассмотрим
опиоидные
пептиды
(эндорфины;
регуляция
уровня
болевой
чувствительности) и
пролактин.
Пролактин –
199 а/к
У рыб: выработка слизи, покрывающей тело; пигментация, забота о потомстве.
У птиц: рост перьев, родительская мотивация.
У млекопитающих: лактация, родительская мотивация - в том числе у самцов (но его
избыток снижает выработку тестостерона, сперматогенез и половую мотивацию).
У женщин подавляет овуляцию («лактационная аменорея»).
27

28.

Пролактин во время беременности вызывает в молочной
железе развитие секреторных клеток альвеол, долек, протоков
+ подготовка к первому запуску материнского поведения
(важен опыт «игры в куклы»).
28

29.

Основные анатомические структуры,
обеспечивающие материнское поведение:
ядра переднего гипоталамуса,
прилежащее ядро (базальные ганглии),
покрышка среднего мозга.
Чрезвычайно важен первый
запуск материнского поведения.
Здесь ключевую роль играют
гормоны (пролактин, окситоцин,
эстрогены, прогестерон). Они
усиливают родительскую
мотивацию и ослабляют
повышенную тревожность самок.
При повторных родах все проще, поскольку уже сформированы
соответствующие поведенческие навыки. Отсюда – значимость
предварительного общения с новорожденными (сенситизация).
29

30.

Сенсорные признаки детеныша:
большая голова, большие глаза, округлость и
«пушистость» +
специфические звуки +
специфические запахи (феромоны)
30

31.

РРD
Послеродовая
(«материнская») депрессия:
у 10-15% женщин; отдельные
симптомы – у 30-50%.
Основные факторы риска:
стресс во время беременности (х3)
низкий вес ребенка (<2500g, x2)
Прочие факторы риска:
склонность к депрессии как
таковой (в т.ч. генетическая)
гормональная послеродовая
абстиненция + «чувство
вины» (в т.ч. при отсутствии
грудного вскармливания)
31

32.

Еще два тропных гормона регулируют работу
половых желез:
LH и FSH – лютеинизирующий и
фолликулостимулирующий гормоны
(«гонадотропины»).
Влияют на семенники мужчин и яичники
женщин:
• активация синтеза и выделения половых
гормонов;
• стимуляция образования и созревания
половых клеток – сперматозоидов и
яйцеклеток (в пузырьках-фолликулах, далее
следует овуляция).
Рилизинг-фактор гонадотропинов – пептид
люлиберин (GnRH).
Активирует половое поведение, повышает
эмоциональность, улучшает обучение.
Уровень люлиберина понижен у девушек при нервной анорексии и избыточных физических
нагрузках (спорт, балет). Как следствие – прекращение цикла созревания яйцеклеток,32
м.б.
депрессивные и психозоподобные состояния.

33.

Мужские половые гормоны – андрогены
(тестостерон) тормозят (ограничивают)
выделение люлиберина, LН и FSH.
Андрогены активируют сперматогенез, у
эмбриона – направляют развитие половой
системы по мужскому типу; позже –
определяют формирование мужских
вторичных половых признаков.
В ЦНС андрогены влияют на половое
влечение (либидо), половое поведение,
агрессивность.
Вторичные половые признаки:
борода, склонность к облысению,
усиленный рост волос на теле,
низкий голос, более мощное
развитие мышц, склонность к
отложению запасов жира в области
живота, слабое развитие молочных
желез.
33

34.

Главными женскими половыми гормонами
являются прогестерон и эстрогены
(эстрадиол).
Прогестерон обеспечивает состояние
готовности матки к беременности
(содержание в крови максимально между
овуляцией и менструацией).
Эстрогены «подталкивают» созревание
яйцеклеток, усиливают сокращения
яйцеводов и др. Они же определяют
формирование женских вторичных половых
признаков.
В ЦНС эстрогены влияют на половое и
родительское поведение.
Вторичные половые признаки:
высокий голос, отсутствие бороды,
склонность к отложению запасов
жира в области бедер, развитие
молочных желез и др.
34

35.

Стероидные
гормоны,
проникая через
мембрану клетки,
действуют на
ядерные
рецепторы
35

36.

Яичники: цикл созревания яйцеклеток
Клетки лопнувшего фолликула превращаются
в желтое тело, вырабатывающего
прогестерон и немного эстрогена, которые
подавляют синтез ФСГ и ЛГ гипофизом и
поддерживают слизистую матки в состоянии
готовности к внедрению зародыша.
36

37.

Если оплодотворение произошло, то из зиготы
развивается бластоциста, которая примерно через
неделю погружается в слизистую матки. Клетки
трофобласта секретируют хорионический
гонадотропин, который поддерживает и усиливает
работу желтого тела. Позже прогестерон
начнет выделять плацента.
37

38.

Гормональная регуляция менструального цикла (28 дней) у женщин.
Синей стрелкой отмечено тормозящее действие прогестерона.
38

39.

Прогестерон,
эстрогены – гормоны
беременности;
окситоцин запускает
сокращение матки при
родах
и вместе с
пролактином
участвует в
кормлении грудью +
рост материнской
заботы.
Сигнал о начале родов подает плод, генерируя кортиколиберин,
АКТГ, кортизол («стало тесно и мало еды»: стресс).
Это вызывает рост продукции окситоцина гипофизом матери, а
также увеличение чувствительности тканей матки к окситоцину...
39