Коротко. Эндокринная система — это сеть желёз, вырабатывающих гормоны — химических посланников, которые управляют в организме ростом, обменом веществ, стрессовой реакцией и размножением. В этой статье мы по очереди разберём каждую из основных желёз: что она вырабатывает, как регулируется её работа и почему всё это важно и для тех, кто тренируется.
Что такое эндокринная система и как она работает
Эндокринная система состоит из желёз внутренней секреции, которые выделяют свои продукты не через протоки, а напрямую в кровь. Оттуда гормоны доходят до клеток-мишеней по всему телу. Основные эндокринные железы — гипофиз, щитовидная и околощитовидные железы, надпочечники, поджелудочная железа и половые железы (яички у мужчин и яичники у женщин). Кроме того, эндокринную функцию выполняют органы пищеварения и почки — они вырабатывают вещества, регулирующие работу других желёз.
Вся система тесно связана с нервной системой. Ключевое звено здесь — гипоталамус, который управляет гипофизом, а гипофиз, в свою очередь, управляет большинством остальных эндокринных желёз. Баланс гормонов поддерживается главным образом по принципу отрицательной обратной связи: когда какой-то гормон с кровью поступает к мишени в достаточном количестве, в производящую его железу отправляется сигнал, и секреция тормозится. Кроме того, на железы влияют автономная нервная система и уровень веществ, циркулирующих в кровотоке, например содержание глюкозы и концентрация аминокислот.
Гипофиз — центр управления эндокринной системой
Гипофиз — небольшая железа, расположенная в клиновидной кости у основания мозгового отдела черепа и соединённая с гипоталамусом. Несмотря на скромные размеры, он контролирует работу большинства желёз внутренней секреции. В гипофизе выделяют три части: переднюю долю (аденогипофиз), заднюю долю (нейрогипофиз) и расположенную между ними тонкую промежуточную долю.
Передняя доля и её гормоны
Передняя доля — скопление клеток с обильным кровоснабжением, в котором выделяют три типа клеток: базофилы, ацидофилы (эозинофилы) и нейтрофилы (хромофобные клетки). Каждый из них вырабатывает разные гормоны.
Гландотропные гормоны передней доли влияют на другие эндокринные железы:
- Кортикотропин (АКТГ) — стимулирует выработку и высвобождение кортизола в коре надпочечников. Образуется из более крупной молекулы-предшественника (проопиомеланокортина), из которой возникают также липотропины (стимулируют липолиз в жировой ткани), меланоцитстимулирующий гормон и β-эндорфины (обезболивающее действие при физической нагрузке, влияние на пищевое поведение и терморегуляцию).
- Тиротропин (ТТГ) — стимулирует синтез и секрецию тиреоидных гормонов в щитовидной железе и способствует росту самой железы.
- Гонадотропины — фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и лютеинизирующий гормон (ЛГ) управляют созреванием половых клеток и работой половых желёз. ФСГ способствует созреванию фолликулов в яичнике и сперматозоидов в яичках; ЛГ запускает разрыв фолликула и образование жёлтого тела.
Негландотропные гормоны передней доли действуют напрямую:
- Гормон роста (СТГ). Способствует транспорту аминокислот в клетки и усиливает синтез белка, стимулирует липолиз в жировой ткани (использование жировых запасов организма для получения энергии) и ограничивает потребление глюкозы. Благодаря двум последним эффектам под действием гормона роста организм экономнее расходует запасы углеводов. Прямое влияние гормон оказывает на обменные процессы, опосредованное — через вырабатываемые в печени инсулиноподобные факторы роста I и II.
- Пролактин (ПРЛ). У женщин стимулирует выработку молока в молочных железах и увеличивает число рецепторов ФСГ и ЛГ в яичниках, усиливая действие этих гормонов.
Задняя и промежуточная доли
Задняя доля, или нейрогипофиз, образована окончаниями аксонов крупных нейронов гипоталамуса и работает как железа внутренней секреции. Оттуда в кровь выделяются антидиуретический гормон (АДГ, или адиуретин), регулирующий обратное всасывание воды в почках, и окситоцин. Оба синтезируются в телах нейронов, расположенных в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса, и по аксонам доставляются в заднюю долю. Промежуточная доля — тонкий слой, вырабатывающий интермедин; её значение для внутренней секреции невелико.
Сам гипоталамус вырабатывает две группы пептидных гормонов, управляющих работой передней доли: рилизинг-гормоны стимулируют высвобождение определённого гормона, а ингибирующие гормоны тормозят его. Они попадают в переднюю долю гипофиза через гипоталамо-гипофизарную портальную систему, состоящую из двух последовательно соединённых капиллярных сетей. Задней долей гипоталамус управляет напрямую — нервными импульсами по гипоталамо-гипофизарному нервному тракту.
Надпочечники в эндокринной системе: кора и мозговое вещество
Надпочечники — парные железы, расположенные над верхними полюсами почек. Каждая железа состоит из двух частей, которые различаются и по происхождению, и по функции. Кора (поверхностный слой) вырабатывает стероидные гормоны — альдостерон, кортизон и гидрокортизон. Мозговое вещество (внутренняя часть) развивается из того же эмбрионального зачатка, из которого происходят постганглионарные нейроны симпатической нервной системы, и вырабатывает адреналин и норадреналин.
Кора надпочечников — три слоя, три группы гормонов
Гормоны коры по химической структуре относятся к стероидам (кортикостероидам). В коре выделяют 3 слоя, клетки которых вырабатывают разные гормоны:
- Клубочковая зона (поверхностный, тонкий слой) вырабатывает минералокортикоиды, важнейший из которых — альдостерон. Он стимулирует обратное всасывание натрия, хлора и косвенно воды в кровь в дистальных почечных канальцах, а также выведение калия и свободных ионов водорода с мочой.
- Пучковая зона (промежуточный, более толстый слой) вырабатывает глюкокортикоиды, главный из которых — кортизол (у крысы — кортикостерон). Они стимулируют в печени глюконеогенез (используя аминокислоты), подавляют использование глюкозы в периферических тканях и повышают уровень сахара в крови. В жировой ткани стимулируют липолиз, высвобождая жирные кислоты для получения энергии. Что касается белков, глюкокортикоиды способствуют распаду структурных белков, но стимулируют синтез ферментных белков. Глюкокортикоиды также усиливают действие адреналина и норадреналина на гладкие мышцы сосудов (пермиссивный эффект), подавляют воспаление и аллергические реакции и снижают синтез антител.
- Сетчатая зона (глубоко внутри железы) вырабатывает более слабые андрогены, главным образом дегидроэпиандростерон (ДГЭА) и в небольшом количестве тестостерон. У мужчин большая часть тестостерона всё же вырабатывается в яичках, но мужские половые гормоны есть и у женщин.
Гипоталамус, аденогипофиз и пучковая зона коры надпочечников образуют гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему. Её основная задача — за счёт усиления секреции глюкокортикоидов мобилизовать ресурсы организма и запустить общие адаптационные реакции в стрессовой ситуации и при физической нагрузке. Уровень кортизола в крови следует чётко выраженному суточному ритму, который зависит от времени суток, а не от режима сна. Острый стрессор быстро повышает уровень кортизола, но повторное воздействие того же стрессора вызывает всё более слабый ответ.
Мозговое вещество надпочечников — «бей или беги»
Клетки мозгового вещества в эмбриональном отношении похожи на клетки симпатической нервной системы — у них нет дендритов и аксонов, но их иннервируют холинергические нервные волокна. Функционально симпатическую нервную систему и мозговое вещество надпочечников рассматривают как единое целое — симпатоадреналовую систему.
Мозговое вещество вырабатывает два катехоламина — адреналин (эпинефрин), около 80 %, и норадреналин (норэпинефрин), около 20 %. Норадреналин дополнительно вырабатывают постганглионарные нервные окончания симпатической нервной системы, откуда и происходит большая часть циркулирующего в крови норадреналина — там он действует как нейромедиатор. Предшественником обоих катехоламинов служит аминокислота L-тирозин.
Катехоламины стимулируют гликогенолиз в печени и мышцах и глюконеогенез в печени, повышая уровень глюкозы в крови. В жировой ткани они усиливают липолиз и высвобождают жирные кислоты в кровь. Сердце бьётся чаще и сильнее, в коже, почках, пищеварительном тракте и половых органах возникает вазоконстрикция, а сосуды скелетных и сердечной мышц в это время расширяются. Дыхание углубляется, гладкие мышцы кишечника расслабляются, общая интенсивность обмена веществ и теплопродукция растут (особенно под действием адреналина). Адреналин также повышает бодрость и вызывает сильное психическое возбуждение.
Симпатоадреналовая система обеспечивает быстрое высвобождение катехоламинов при эмоциональном стрессе и физическом напряжении. Реакция быстрая, потому что выработанный адреналин депонируется в клетках надпочечников. Выделение катехоламинов стимулирует и снижение концентрации глюкозы в крови. Эффект одноразового выброса кратковременный — гормоны быстро теряют свою биологическую активность.
Щитовидная и паращитовидная железы
Щитовидная, или тиреоидная, железа — самая крупная эндокринная железа с обильным кровоснабжением. Она расположена на шее, на передней стороне 4 верхних хрящей трахеи, и состоит из левой и правой боковых долей и пирамидальной доли. Основная единица железы — фолликул щитовидной железы: круглый пузырёк, стенка которого образована одним слоем клеток кубического эпителия. Фолликулы заполнены коллоидом, содержащим белок тиреоглобулин, а между ними в рыхлой соединительной ткани расположены парафолликулярные клетки.
Фолликулы вырабатывают из L-тирозина два содержащих йод гормона: биологически более активный трийодтиронин (T3, около 10 %) и тироксин (T4, около 90 %). Гормоны накапливаются в фолликулах в связанном с тиреоглобулином виде, поэтому в щитовидной железе есть значительный запас. Тироксин в печени и почках преобразуется в трийодтиронин — преобладающая часть, около 80 %, синтезируется за пределами щитовидной железы.
Тиреоидные гормоны влияют почти на все ткани: в одних они способствуют процессам роста, в других стимулируют окисление и интенсивность обмена веществ. Они необходимы для нормального развития костей, зубов, волос и нервной ткани, а особенно важны в детском возрасте для физического и умственного развития. Избыточная выработка сопровождается повышением частоты сердечных сокращений, артериального давления и температуры тела; при недостатке эффект противоположный.
Парафолликулярные клетки вырабатывают пептидный гормон кальцитонин, который стимулирует отложение кальция в костях и снижает концентрацию кальция в крови. Секрецию кальцитонина физиологически стимулирует повышение концентрации кальция в крови. С возрастом функция парафолликулярных клеток снижается, у женщин — сильнее, из-за чего уровень кальция в крови падает. Это один из механизмов развития остеопороза.
Околощитовидные железы — это четыре небольших округлых тельца на задней поверхности правой и левой долей щитовидной железы. Они вырабатывают паратгормон (пептид), действие которого направлено на повышение концентрации кальция в крови и снижение уровня фосфат-ионов. Паратгормон стимулирует высвобождение кальция и фосфатов из костей, обратное всасывание кальция в кровь и выведение фосфата с мочой в почках, а также всасывание в кровь кальция и фосфата, полученных с пищей, в кишечнике. Секрецию паратгормона стимулирует прежде всего снижение концентрации кальция в крови; высокий уровень кальция в плазме, напротив, подавляет её. Кальцитонин и паратгормон работают как антагонисты.
Работой щитовидной железы управляет тиреотропин гипофиза, который, в свою очередь, находится под контролем рилизинг-гормона гипоталамуса. Т3 и Т4 по принципу отрицательной обратной связи подавляют как высвобождение тиреотропин-рилизинг-гормона в гипоталамусе, так и секрецию тиреотропина в гипофизе. Гипоталамус, аденогипофиз и фолликулы щитовидной железы образуют гипоталамо-гипофизарно-тиреоидную систему, задача которой — поддерживать нормальный уровень тиреоидных гормонов в крови как в покое, так и в стрессовых ситуациях.
Половые железы в эндокринной системе
Половые железы вырабатывают стероидные гормоны, которые отвечают за развитие вторичных половых признаков и способность к размножению.
Яички и мужские половые гормоны
Мужские половые железы — яички (тестисы), основная функция которых — производство сперматозоидов. В яичках расположены интерстициальные клетки Лейдига, в которых образуется тестостерон. Рецепторы тестостерона есть в тканях по всему телу. Тестостерон отвечает за развитие мужских половых желёз и формирование вторичных половых признаков. Кроме того, у него и других андрогенов сильное анаболическое (стимулирующее синтез белка) действие, поэтому у мужчин мышечная масса больше, чем у женщин. Андрогены также стимулируют эритропоэз, то есть образование эритроцитов, влияют на рост костей (отложение кальция) и связаны с особенностями психики, например с агрессивностью. Выработка тестостерона скачкообразно растёт в пубертатном возрасте и остаётся относительно высокой даже в пожилом возрасте.
Яичники и овариально-менструальный цикл
Яичники расположены в малом тазу и вырабатывают разные гормоны в разных фазах овариально-менструального цикла. Цикл длится в среднем 28 дней и делится на три фазы.
- Фолликулярная фаза. Происходит созревание фолликула и яйцеклетки. Доминирующие гормоны — вырабатываемые в фолликуле эстрогены, которые отвечают за развитие вторичных половых признаков и подготавливают яйцеклетку к оплодотворению. Эстрогены влияют и на липидный обмен в крови (женщины лучше защищены от сердечно-сосудистых заболеваний), повышают свёртываемость крови, стимулируют активность остеобластов в костной ткани (влияние на плотность костей) и тормозят рост костей в длину. Менструация заканчивается в ранней фолликулярной фазе, и функциональный слой слизистой оболочки матки под действием эстрогена начинает развиваться. По принципу отрицательной обратной связи эстроген тормозит выработку ФСГ, предотвращая созревание новых фолликулов, а по принципу положительной обратной связи стимулирует собственное образование в фолликуле. В поздней фолликулярной фазе выработка эстрогена достигает максимума.
- Овуляция. Выход зрелой яйцеклетки из фолликула происходит под совместным действием ЛГ и ФСГ через 16–24 часа после достижения максимальной концентрации ЛГ. Овуляции происходят поочерёдно то в одном, то в другом яичнике в среднем через 28 дней.
- Лютеиновая фаза. Длится около 14 дней. Из лопнувшего фолликула образуется жёлтое тело, которое начинает вырабатывать главным образом прогестерон; одновременно продолжается и синтез эстрогена. Прогестерон подготавливает слизистую оболочку матки к приёму оплодотворённой яйцеклетки и повышает базальную температуру во время овуляции. Прогестерон влияет и на психику (с ним связаны предменструальный синдром и депрессия, характерная для конца беременности). При оплодотворении развивается жёлтое тело беременности, гормоны которого препятствуют выходу новых яйцеклеток и предотвращают сокращения матки. Если оплодотворения не происходит, жёлтое тело подвергается обратному развитию, уровень гормонов падает и начинается менструация — функциональный слой слизистой оболочки матки удаляется с кровотечением.
Работу половых желёз регулирует передняя доля гипофиза с помощью гонадотропных гормонов (ФСГ и ЛГ). У женщин их выделение цикличное, у мужчин — постоянное и на низком уровне. Скачкообразный подъём ЛГ во время овуляции связан с положительной обратной связью, а следующее за ним быстрое снижение вызвано резким ростом уровня прогестерона.
Поджелудочная железа и сахар в крови
Поджелудочная железа (панкреас) — сравнительно крупный орган, расположенный за желудком, на задней стенке брюшной полости. Большая часть её клеток работает как пищеварительная железа, вырабатывая панкреатический сок, важнейшие компоненты которого — гидрокарбонат натрия и пищеварительные ферменты. Они нейтрализуют кислое содержимое желудка и расщепляют основные компоненты пищи в тонкой кишке до всасывания.
Гормоны в поджелудочной железе синтезирует всего 1–2 % клеток. Они расположены в островках Лангерганса — небольших скоплениях клеток, окружённых капиллярами и иннервируемых как симпатической, так и парасимпатической нервной системой. В островках есть клетки трёх типов: A-, или α-клетки, — 20–25 %, B-, или β-клетки, — 60–75 %, и D-, или Δ-клетки, — 5–15 % от общего числа эндокринных клеток.
- Глюкагон (A-клетки). Мощное действие на печень — стимулирует гликогенолиз и глюконеогенез, увеличивая выброс глюкозы в кровь. Активирует обмен жирных кислот в печени (в результате растёт выработка кетоновых тел и повышается их концентрация в крови), а также в небольшой степени липолиз в жировой ткани.
- Инсулин (B-клетки). Мишенями служат печень, мышечная и жировая ткань, а также центр насыщения в гипоталамусе. Основное действие инсулина — снижение уровня глюкозы в крови: он способствует накоплению глюкозы в печени (активируя глюкокиназу, которая фосфорилирует глюкозу), активирует гликогенсинтазу и ингибирует фосфорилазу, стимулирует превращение глюкозы в жирные кислоты и способствует транспорту глюкозы в клетки периферических тканей. Потребление глюкозы нервными клетками, эритроцитами и мышцами в покое от инсулина не зависит. Кроме того, инсулин стимулирует накопление жирных кислот в виде триглицеридов, подавляет липолиз и оказывает анаболическое действие на обмен белков — способствует синтезу белка.
- Соматостатин (D-клетки). Действует локально — подавляет синтез и секрецию глюкагона и инсулина в A- и B-клетках. Соматостатин синтезируется и в гипоталамусе, откуда попадает в кровь и действует на переднюю долю гипофиза как гормон-ингибитор гормона роста.
Секрецией гормонов поджелудочной железы управляют прежде всего уровень глюкозы и аминокислот в крови, а также другие гормоны. Главная задача совместного действия инсулина и глюкагона — поддерживать стабильный сахар в крови при меняющихся условиях. Рост концентрации аминокислот в крови усиливает работу как A-, так и B-клеток: инсулин способствует активному транспорту аминокислот в клетки и синтезу белка, а глюкагон вовлекает аминокислоты в глюконеогенез, протекающий в печени. Соматостатин, адреналин и норадреналин подавляют секрецию инсулина, тогда как гормоны желудочно-кишечного тракта (гастрин, секретин, холецистокинин) её стимулируют. Повышение активности парасимпатической нервной системы стимулирует секрецию инсулина, а повышение активности симпатической — подавляет её, однако нервный контроль всё же имеет второстепенное значение: первичным остаётся прямое влияние глюкозы на B-клетки.
Эндокринная система и тренировки: практические выводы
Спортсмену полезно знать, как основные гормоны реагируют на тренировку и восстановление. Гормон роста и тестостерон — явно анаболические: они способствуют синтезу белка и росту мышечной массы. Кортизол — катаболический гормон: при длительно высоком уровне он расщепляет мышечный белок, но в острой ситуации мобилизует энергию для тренировки. Инсулин и глюкагон поддерживают баланс сахара в крови, что, в свою очередь, влияет и на выносливость, и на восстановление после тренировки.
Адреналин и норадреналин дают быстрый выброс энергии в тяжёлых подходах и в соревновательной ситуации, направляя кровоток к мышцам и повышая пульс. Тиреоидные гормоны во многом определяют скорость обмена веществ в покое, а значит, и то, сколько энергии ты тратишь в течение дня. Хронический недосып, длительный стресс и дефицит калорий подавляют работу всей системы — особенно страдают щитовидная железа и ось половых желёз. Качественный сон, достаточное потребление энергии и белка и периодизированная тренировочная нагрузка — те самые скучные основы, которые удерживают эндокринную систему в равновесии лучше любых хитростей.
Частые вопросы об эндокринной системе
В чём разница между эндокринной и экзокринной железой?
Эндокринная железа выделяет свой продукт (гормоны) прямо в кровь, и оттуда он разносится по всему телу. Экзокринная железа выделяет продукт по протокам либо на поверхность тела, либо в полые органы — например, потовые и слюнные железы или пищеварительные клетки поджелудочной железы. Поджелудочная железа — хороший пример органа со смешанной функцией: большинство клеток экзокринные (панкреатический сок), а островки Лангерганса (1–2 %) — эндокринные.
Что такое отрицательная обратная связь в эндокринной системе?
Отрицательная обратная связь — основной механизм, удерживающий уровень гормонов стабильным. Когда какого-то гормона или результата его действия в крови достаточно, сигнал возвращается и к гипоталамусу, и к железе, вырабатывающей этот гормон, и секреция тормозится. Например, высокий уровень T3 и T4 подавляет выделение тиротропина в гипофизе, и щитовидная железа больше не получает сигнала для выработки.
Как стресс влияет на эндокринную систему?
При остром стрессе сначала активируется симпатоадреналовая система, и в кровоток выбрасываются адреналин и норадреналин — быстрая реакция «бей или беги». При более длительном стрессе активируется гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система и растёт уровень кортизола. Кортизол мобилизует энергетические запасы, но хронически повышенный уровень подавляет иммунную систему, способствует катаболическим процессам и со временем может нарушать работу щитовидной железы и половых желёз.
Автор: EKFL
Источник: WHO – физическая активность.
Приходи тренироваться! ArtGym
