ФИЗИОЛОГИЯ НЕЙРОЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
В задачи нейроэндокринологии входит изучение: 1 — нервной регуляции эндокринных функций; 2 — гормональных влияний на нервную систему; 3 — общих проблем взаимодействия между центральной нервной системой и окружающей средой в плане его зависимости от гормональной секреции и влияния на нее. В прошлом основное внимание уделялось нервной регуляции эндокринной секреции и поэтому значительная часть рассматриваемого в настоящей главе материала касается именно этого аспекта нейроэндокринологии, конкретнее — регуляции функций передней доли гипофиза со стороны центральной нервной системы. Принято было считать, что эта регуляция основана на других принципах и имеет другую анатомическую основу, нежели классические механизмы нервной регуляции функции задней доли гипофиза (см. главу 9). Однако результаты более поздних исследований сосудов гипоталамуса свидетельствуют о том, что эти различия в чем-то стираются, и указывают на возможные взаимосвязи между обеими системами. Результаты дальнейших исследований способствовали не только прояснению эффектов гормонов периферических желез на головной мозг и выявлению гормональных рецепторов в центральной нервной системе, но и позволили обнаружить присутствие в пей гипофизарных и желудочно-кишечных пептидов. В результате встает вопрос об источнике их происхождения и возможных влияниях на функцию нервной системы.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Концепция Клода Бернара о постоянстве внутренней среды организма является одной из аксиом физиологии. Однако выяснилось, что это постоянство достаточно относительно, т. е. встречаются как сдвиги в ответ на изменение окружающей среды, так и циркадные колебания. Тем не менее представление об относительном
Стр. 229-230, т. 1
ются ингибиторными. Обе системы петель обратной связи в основном замкнуты, что обеспечивает саморегуляцию и исключает возможность «перехлеста» продукции любого гормона. Такие системы реагируют и на экстероцептивные и интероцептивные стимулы, хотя, по-видимому, и не они определяют деятельность гипотетических «часов», регулирующих циркадную периодичность концентрации многих гипофизарных и рилизинг-гормонов. Эта периодичность сохраняется в отсутствие периферических желез, проявляясь теми же временными параметрами, что и у здоровых лиц, но на более высоком гормональном уровне; последнее отражает отсутствие тормозного влияния периферических желез по механизму обратной связи.
При обсуждении функции как длинных, так и коротких петель обратной связи следует несколько коснуться концепции гематоэнцефалического барьера. Она основывается на наблюдениях, согласно которым многие физиологические вещества очень плохо или совсем не проникают в центральную нервную систему. Их проникновение зависит от размеров молекул, связывания с белками плазмы, растворимости в жирах, присутствия специфических переносчиков и механизмов активного транспорта, а также рецепторов в центральной нервной системе. Общепринято, что за исключением областей, лишенных гематоэнцефалического барьера, т. е. area postrema, срединного возвышения, эпифиза и межколоночного бугорка, нервная система непроницаема для пептидов, но проницаема для стероидных и тиреоидных гормонов. Как адено-, так и нейрогипофиз располагаются вне гематоэнцефалического барьера. Вопрос о том, обходят ли гипофизарные пептидные гормоны гематоэнцефалический барьер путем ретроградного транспорта по воротным венам гипофиза в срединное возвышение, а затем через танициты в спинномозговую жидкость, интенсивно изучается.
КОНЦЕПЦИЯ ГИПОФИЗОТРОПНОСТИ
Общепринято, что регуляция функций аденогипофиза со стороны центральной нервной системы опосредуется гипофизотропными гормонами или факторами. Хотя из-за быстроты, с которой они повышают уровень гипофизарных гормонов в плазме, гипоталамические факторы называют рилизинг-гормонами (высвобождающими), существуют данные, что они стимулируют и синтез гипофизарных гормонов. Электронно-микроскопические исследования показали, что после введения рилизинг-гормонов в гипофизе увеличивается число секреторных гранул. При инкубации с тканью гипофиза in vitro рилизинг-гормоны вызывают увеличение содержания в гипофизе соответствующего гормона и повышают включение меченых предшественников гипофизарных гормонов. Наконец, введение рилизинг-гормонов животным с трансплантированным гипофизом приводит к дифференцировке клеток этой ранее неактивной железы, равно как и к секреции ею гормонов.
Считают, что гипофизотропные гормоны являются продуктами специализированных нейросекреторных клеток, которые сконцентрированы в гипоталамусе, но могут быть найдены и вне его. Существуют данные, однако, что функция этих внегипоталамических гипофизотропных гормонов, равно как и регуляция их выделения, отличается от таковых в гипоталамусе, хотя речь идет об одних и тех же гормонах.
Особая роль гипоталамуса подчеркивалась еще ранее в исследованиях, в которых фрагменты ткани передней доли гипофиза трансплантировали в разные участки гипоталамуса гипофизэктомированных и кастрированных крыс. Функция гипофизарной ткани сохранялась только в тех случаях, если ее имплантировали непосредственно в участок гипоталамуса, имеющий полулунную форму и локализованный под перивентрикулярными ядрами книзу и кзади по обе стороны инфрамамиллярной области. Гипофизотропное действие этого участка не зависело от капиллярной системы срединного возвышения (см. далее). Эти данные свидетельствовали о том, что в телах клеток «гипофизотроппой области» присутствует вещество, необходимое для поддержания функции передней доли гипофиза. Полная деафферентация гипоталамуса путем перерезки всех его нервных связей не нарушает функцию надпочечников и щитовидной железы, хотя у животных некоторых видов при этом утрачивается циклическое высвобождение ЛГ.
Результаты подобных экспериментов, равно как и данные анатомических исследований, обнаруживших практическое отсутствие иннервации переднего гипофиза, четко свидетельствуют о том, что нервная регуляция функций гипофиза, в качестве своего последнего звена имеет «гуморальные вещества», которые в норме должны были бы достигать гипофиза по системе его воротных сосудов. Возможная роль спинномозговой жидкости в переносе гипофизотропных веществ в область срединного возвышения и, следовательно, в воротную систему гипофиза все еще остается недосказанной. Хотя впервые сформулированное Harris и Jacobson положение о роли системы воротных сосудов гипофиза-в нервной регуляции функций передней доли его полностью сохраняет свою силу, до сих пор еще не решены вопросы о значении различных отделов центральной нервной системы в синтезе, транспорте и высвобождении нейрорегуляторных факторов, контролирующих секрецию гормонов передней доли гипофиза.
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ.
ГИПОТАЛАМУС
Рис. 6—2. Фронтальный разрез мозга, на котором изображены основные группы гипоталамических ядер (Krieger D. Т., The hypothalamus and neroendocrinology. Hosp. Pract., 1971, [9] 87).
Передняя граница гипоталамуса обозначена ростральным краем перекреста зрительных нервов, задняя граница — сосцевидными телами, боковые — зрительным трактом и бороздами, образованными височными долями, и верхняя (дорсальная) — прилежащим зрительным бугром. Термин «срединное возвышение» относится к специальной области гипоталамуса, расположенной под нижней частью III желудочка и макроскопически обозначаемой как серый бугор. Гипоталамус можно подразделить на медиальную, латеральные, переднюю и заднюю части. Передняя гипоталамическая область сливается с преоптической областью и считается участвующей в регуляции температуры тела, циклической секреции гонадотропинов, а также определенных аспектов функции щитовидной железы и секреции СТГ. Область латерального гипоталамуса служит, по-видимому, основным пунктом связи между переднемозговым компонентом лимбической системы, с одной стороны, и гипоталамусом и средним мозгом, с другой. Аксоны в пределах этой области, равно как в медиальном гипоталамусе, лишены миелиновой оболочки и чрезвычайно тонки. Хотя в латеральном гипоталамусе присутствуют ядерные образования (рис. 6—2), они менее отчетливы, чем в других областях, и состоят из клеток меньших размеров, чем классические нейросекреторные клетки пара-вентрикулярных и супраоптических ядер. Такие клеточные тела, особенно в дугообразном и вентромедиальных гипоталамических ядрах, по-видимому, дают начало нейронам, которые входят в тубероинфундибулярный тракт и охватывают нижнюю часть III желудочка, проникая в срединное возвышение гипоталамуса. Другие нервные образования, дающие начало волокнам, оканчивающимся в срединном возвышении, менее охарактеризованы, но, по-видимому, они начинаются в супрахиазматическом ядре преоптической области и дорсомедиальном ядре гипоталамуса.
Выяснилось, что этот гипофизотропный гормон локализуется не только в данной группе гипоталамических ядер. В качестве общего правила можно, по-видимому, сказать, что хотя каждый гипофизотропный фактор, изученный в этом отношении, имеет своеобразное распределение в центральной нервной системе, в каждом случае самая высокая его концентрация обнаруживается в срединном возвышении. Такое распределение изучалось в основном на крысах, и полученные данные представлены в табл. 6—1.
Таблица 6—1. Рилизинг-гормон ЛГ (ЛГРГ) тиротропин-рилизинг гормон (ТРГ) и соматостатин в гипоталамусе крыс
Область |
ЛГРГ, нг/мг белка |
ТРГ, нг/мг белка |
Соматостатин, нг/мг белка |
Медиальное преоптическое ядро |
<0,05 |
2,0 ±0,1 |
14,0 ±2,5 |
Перивентрикулярное ядро |
<0,05 |
4,2±0,7 |
23,7 ±9,0 |
Супрахиазматическое ядро |
следы (<0,1) |
1,8±0,2 |
8,0 ±0,6 |
Супраоптическое ядро |
следы (<0,1) |
0,9 ±0,2 |
3,2 ±0,6 |
Переднее гипоталамическое ядро |
<0,05 |
0,8±0,2 |
8,6 ±1,5 |
Латеральное переднее ядро |
<0,05 |
0,7 ±0,2 |
4,9±1,1 |
Паравентрикулярное ядро |
<0,05 |
2,6 ±0,7 |
4,4±1,8 |
Дугообразное ядро |
2,9 ±0,8 |
3,9 ±0,9 |
44,6±6,1 |
Вентромедиальное ядро: |
14,6 ±2,1 |
||
латеральная часть |
0,6 ±0,5 |
3,0 ±0,6 |
|
медиальная часть |
следы (<0,1) |
9,0 ±3,3 |
|
Дорсомедиальное ядро |
<0,05 |
4,0 ±0,8 |
5,4 ±2,1 |
Перифорникальное ядро |
<0,05 |
2,0 ±0,7 |
3,8±0,7 |
Латеральная задняя область |
<0,05 |
1,2 ±0,5 |
3,5 ±0,7 |
Заднее гипоталамическое ядро |
следы (<0,1) |
1,8 ±0,2 |
3,8 ±0,8 |
Дорсальное премамиллярное ядро |
<0,05 |
1,5 ±0,2 |
4,3 ±0,7 |
Вентральное премамиллярное ядро |
<0,05 |
1,3±0,3 |
17,3:1:4,4 |
Срединное возвышение |
22,4 ±2,2 |
38,4 ±8,3 |
309,1 ±60,8 |
Примечание. Данные Brownstein M. S. и соавт. — Frontiers in Neuroendocrinology. — Vol. 4, p. 1. — New York: Raven Press, 1976. Приведено с разрешения авторов.
ВНЕГИПОТАЛАМИЧЕСКИЕ АФФЕРЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ
Гипоталамус структурно и функционально связан со средним мозгом, лимбической системой и ринэнцефалическими ядрами переднего мозга. Наиболее изучены связи с лимбической системой. К ней относятся энторинальная кора, обонятельная луковица, пириформная кора, а также гиппокамп, перегородка миндалины и области цингулярной коры. На рис. 6—3 показаны некоторые взаимосвязи между этими областями и подчеркивается значение связей между ядрами гиппокампа и миндалины, дугообразным ядром, а также дорсомедиальным и вентромедиальным ядрами. О роли последнего ядра в регуляции функции гипофиза уже упоминалось, Кроме того, в гипоталамус проецируются также прямые связи в восходящие афферентные системы из сетчатого образования и ядерных групп среднего мозга, которые содержат клетки, относящиеся к моноаминергической системе. Имеется также восходящая система из периакведуктального серого вещества среднего мозга в перивентрикулярное серое вещество III желудочка. После выявления эндорфинов в последней системе ее значение стало более ясным.
Рис. 6—3. Схематическое изображение некоторых основных связей лимбической системы, показывающее главные афферентные волокна, идущие из новой коры и обонятельных луковиц, и главные пути, идущие из гиппокампа и миндалины в гипоталамус.
МД — миндалина; АРК — аркуатное ядро; БЛ — базолатеральное ядро: KM — кортикомедиальное ядро; ДМЯГ — дорсомедиальное ядро гипоталамуса: ЭНРО — инторинальная область: ГП — гиппокамп; ЛПО — латеральная преоптическая область: МКГТ — медиальный кортикогипоталамический тракт; МПО — медиальная преоптическая область: НК — новая кора; ОЛ — обонятельная луковица: ПК — пирифофмная кора; ТП — терминальная полоска: ВМ — вентромедиальное ядро; ВАП — вентральный амигдалофугальный путь (Raisman G., Field P. M., Anatomical consideration relevant to the interpretation of neuroendocrine experiments. In: Martini L., Ganong "W. F. Ceds.1, Frontiers in Neuroendocrinology, New York, Oxford University Press, 1971, pp. 3—44).
СРЕДИННОЕ ВОЗВЫШЕНИЕ — ВОРОТНАЯ СИСТЕМА
Анатомические границы срединного возвышения были уже описаны. Гистологически же оно представляет собой зону контактов, содержащую окончания гипофизотропыых нейронов и капилляры воротной системы гипофиза. Структура срединного возвышения схематически представлена на рис. 6—4. Уже упоминалось о том, что гематоэнцефалический барьер в этой области недостаточно развит. Венозные капилляры воротной системы имеют отверстия, что создает возможность для перехода соединений с высокой молекулярной массой из крови в периваскулярные пространства срединного возвышения. В настоящее время общепринято, что основная масса крови, поступающей в дистальную часть переднего гипофиза, вначале контактирует с нервной тканью. Ветви гипофизарных артерий образуют вначале капиллярное сплетение, расположенное в срединном возвышении, ножке гипофиза и задней его доле. Эти сосуды формируют первичное сплетение, которое затем перестраивается, образуя воротные вены. Существуют группы длинных и коротких воротных сосудов и предполагают (хотя это не доказано), что каждый сосуд снабжает кровью отдельную зону дистальной части гипофиза. Длинные и короткие сосуды воротной системы, распадаясь на ветви, образуют вторичное капиллярное сплетение уже в самом веществе гипофиза. Позднее было высказано предположение о ретроградном кровотоке в воротной системе гипофиза. Page, Munger и Bergland [1] обнаружили в ножке гипофиза кролика: 1 — сосуды, соединяющие заднюю долю гипофиза с гипоталамусом; 2 — связь этих сосудов с длинными сосудами воротной системы; 3 — общее капиллярное ложе заднего и переднего гипофиза; 4 — поступление крови из задней доли гипофиза к желудочковой поверхности срединного возвышения. Эти данные представляют интерес, если учесть сообщения о значительном повышении концентраций иммунореактивных ЛГ, ТТГ, пролактина, АКТГ, и-МСГ и вазопрессина в плазме воротных сосудов гипофиза у наркотизированных крыс-самцов, а также о разном влиянии передней и задней лобэктомии гипофиза на концентрацию указанных гормонов в крови воротной системы [2]. Общий кровоток в ножке срединного возвышения крысы составляет приблизительно 10 мкл/мин на 1 мг ткани, т. е. относится к наиболее высоким среди всех тканей. Срединное возвышение включает также свой внутренний палисадный слой волокон супраоптикогипофизарного тракта и обладает высоким содержанием катехоламинов. Ультраструктурные исследования обнаруживают мелкие и крупные гранулы, содержащие катехоламины, другие гранулы, содержащие рилизинг-факторы, а также нейроны, содержащие нейрофизин, причем все они оканчиваются очень близко от капиллярных петель первичного воротного сплетения. Все эти гранулы найдены в наружном палисадном слое срединного возвышения. Имеется и внутренняя эпендимальная зона, состоящая из клеток, называемых таницитами и выстилающих III желудочек. Эти клетки обладают реснитчатыми апикальными выростами, которые тянутся в просвет III желудочка, а также удлиненными базальными отростками, которые достигают первичной воротной системы капилляров. Хотя показано, что эти клетки транспортируют материал из спинномозговой жидкости (СМЖ) в срединное возвышение, равно как и из срединного возвышения в СМЖ, функциональное значение таких путей остается неясным.
Рис. 6—4. Схематическое изображение структурной организации и клеточного состава срединного возвышения. Снаружи оно представляется частью серого бугра, контактирующей с туберальной частью (ТЧ) передней доли гипофиза и получающей кровь из воротной системы сосудов (ВСС) гипофиза; изнутри оно ограничено стенками (С) и дном (Д) желудочковой ямки (ЖЯ). Ткань между этими двумя границами и образует срединное возвышение. Барьер между кровью воротной системы и тканью срединного возвышения отсутствует. В срединном возвышении обычно различают внутреннюю эпендимальную (ВЭ), внутреннюю зоны (ВЗ), среднюю фиброзную (СФ), наружную палисадную (НП) и наружную зоны (НЗ). Главной афферентной системой является тубероинфундибулярный тракт (ТИТ); его окончания упираются в периваскулярное пространство (ПВП) палисадной зоны (1), могут образовывать аксоаксональные контакты (2), создают «синаптовидные») контакты с эпендимальными клетками (з), а также проникают в III желудочек (4 и 5). Эпендима (Э) выстилает дно III желудочка и, кроме того, имеет отростки, идущие поперек срединного возвышения и оканчивающиеся в ПВП воротных сосудов. СФ слой содержит аксоны супраоптикогипофизарного тракта (СОГТ), окончания которого расположены в нервной доле гипофиза; некоторые физиологические (но не морфологические) данные свидетельствуют о возможности существования коллатералей (К), оканчивающихся в палисадной зоне.
ЭСЖ — эпендима стенки желудочка; ШЖ — третий желудочек; ЭК — эпендима крыши донной части желудочка: БМ — базальная мембрана (Knigge К. М., Silver-man A. J., Anatomy of the endocrine hypothalamus. In: Handbook of Physiology. — Washington DC, American Physiological Society, 1974, sac. &, vol. 4, pp. 1—32).
ГИПОФИЗ
Анатомия гипофиза более подробно рассматривается в главе 7. У животных гипофиз представляет собой сложную структуру, лежащую в полости (турецкое седло), переднюю, заднюю и нижнюю стенку которой формирует кость, верхнюю — диафрагма седла (вырост твердой мозговой оболочки), через которую проходит ножка гипофиза и сопутствующие кровеносные сосуды, достигающие главной части железы, а боковые стенки с обеих сторон образуют кавернозные синусы. У взрослого человека гипофиз состоит только из двух долей—передней и задней. В гипофизе большинства других позвоночных различают и промежуточную часть, которая у человека присутствует только во внутриутробной жизни. Передняя доля состоит из дистальной и туберальной части; слой клеток передней доли гипофиза занимает и наружную зону срединного возвышения.
У животных разных видов различные типы клеток дистальной части гипофиза имеют свои особенности. Это можно связать с функциональными различиями кровоснабжения соответствующих участков гипофиза и гипоталамической регуляции их активности.
У обезьян, например, разрыв длинных воротных сосудов приводит к массивному некрозу центрального и вентрального участка дистальной части. Сохраняется лишь немного клеток, продуцирующих СТГ, а большинство остающихся клеток является пролактинпродуцирующим. Аналогичные изменения встречаются и у человека. У других животных, таких, как крыса, после остановки кровотока в длинных воротных сосудах сохраняется большая часть дистального отдела. Хотя в последнее время и возник ряд вопросов, но, по-видимому, каждый из главных гормонов дистальной части секретируется клетками определенного типа. Выделяют соматотропные, лактотропные, тиротропные и гонадотропные клетки. Не до конца ясно, существуют ли отдельно ФСГ- и ЛГ-продуцирующие клетки. Кортикотропин и липотропин присутствуют, по-видимому, в одних и тех же клетках. Кроме перечисленных секреторных клеток, дистальная часть содержит звездчатые клетки с длинными цитоплазматическими отростками, которые контактируют с такими же отростками других звездчатых клеток. Поскольку эти клетки практически не содержат секреторных гранул, предполагается, что они играют трофическую роль.
НЕЙРОХИМИЯ И ФАРМАКОЛОГИЯ
НЕЙРОТРАНСМИТТЕРНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГИПОФИЗОТРОПНЫХ НЕЙРОСЕКРЕТОРНЫХ КЛЕТОК
Уже упоминалось, что в центральной нервной системе не существует анатомически и гистологически отграниченных областей, которые могли бы считаться регулирующими выделение данного гипофизотропного гормона. Скорее в отношении каждого гормона существует нейротрансмиттерное «кодирование» нейросекреторных клеток, определяющее выделение их специфических продуктов: гипофизотропных гормонов. Это означает, что к выделению определенного гипофизотропного гормона могут приводить посылки из разных клеток относительно широкой анатомической области, если только они реализуются с помощью одного вида нейротрансмиттеров. Кроме того, поскольку нервная система опосредует секрецию гипофизарных гормонов в разных условиях (периодическая, базальная и стрессорная секреция), то вполне может быть, что в каждом из этих случаев регуляция секреции данного гипофизарного гормона осуществляется с помощью разных нейротрансмиттеров. В связи с этим нейросекреторная клетка должна была бы обладать рецепторами к разным нейротрансмиттерам, каждый из которых высвобождается определенными волокнами, активирующимися под действием определенных стимулов. В отношении гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы показано, что данный нейротрансмиттер может активировать секрецию АКТГ лишь при имплантации в определенную область гипоталамуса или лимбической системы и что данная гипоталамическая область может стимулироваться (в плане секреции АКТГ) лишь определенным нейротрансмиттером. Нейротрансмиттеры могут оказывать на функцию нейросекреторной клетки либо возбуждающее, либо тормозное влияние. Окончательная реакция данной нейросекреторной клетки, проявляющаяся началом или прекращением секреции, отражает, таким образом, эффекты местной концентрации возбуждающих и тормозных нейротрансмиттеров, модифицированные местной концентрацией различных ионов, рН, а также гормонов периферической железы и гипофиза.
Рис. 6—5. Предполагаемая модель регуляции выделения кортикотропин-рилизинг фактора (КРФ) из гипоталамуса. На модели можно видеть: КРФ-нейрон с окончанием на капилляре воротной системы; 5-ОТ- (окситриптамин) -волокно, стимулирующее выделение КРФ за счет активации холинергического интернейрона (AX — ацетилхолин); конечный общий холинергический путь выделения КРФ; показаны два холинергических нейрона, одни из которых — вставочный нейрон, расположенный между 5-ОТ-волокном и КРФ-клеткой (регуляция циркадного ритма?), а второй не имеет 5-ОТ-синапса и может контролировать стрессорное выделение КРФ; норадренергическое волокно (НА), которое тормозит секрецию КРФ; ГАМК-тормозные нейроны, влияние которых могло бы осуществляться пре- либо постсинаптически (Jones M. Т., Hillhouse E. W., Burden J., Neurotransmitter regulation of corticotropin-releasing factor in vitro Ann. NJ Acad. Press, 1977, 297, 536).
Пытаясь представить себе нейротрансмиттерный контроль выделения гипофизотропных гормонов (рис. 6—5), следует учитывать, что: 1 — такие трансмиттеры могут действовать либо постсинаптически, либо за счет аксоаксональных контактов; 2 — нейротрансмиттерная регуляция выделения гипофизотропных гормонов может осуществляться через мультисинаптические пути (см. раздел «Внегипоталамические афферентные системы»), так что данный нейротрансмиттер может действовать в синапсе, расположенном проксимальнее того, который функционирует на последнем этапе регуляции нейросекреторной клетки; 3 — как уже отмечалось, эффект данного трансмиттера может зависеть от концентрации других нейротрансмиттеров, своей собственной концентрации (разный эффект низкой и высокой концентрации), временной точки циркадного ритма и гормонального и физиологического состояния особи. Определение локализации нейротрансмиттеров в отдельных областях ЦНС трудоемкая задача, требующая методов, которые разработаны пока еще не для всех предполагаемых нейротрансмиттеров. Для того чтобы понять роль данного нейротрансмиттера в регуляции гормональной функции, необходимо также сопоставлять изменения в содержании этого нейротрансмиттера с изменениями в его кругообороте и секреции гормона. В гипоталамусе, и конкретно в срединном возвышении, найдены практически все предполагаемые нейротрансмиттеры: катехоламины, индоламины, ацетилхолин, гистамин и g-аминомасляная кислота (ГАМК), причем здесь же обнаружены и ферменты, принимающие участие в их синтезе и метаболизме.
С помощью гистохимических и химических методик удалось весьма подробно выяснить распределение сетей моноаминергических нейронов в ЦНС крысы. Сходное распределение имеется, по-видимому, и у человека. Прямых способов определения ацетилхолина не существует, представления о его распределении основаны на результатах применения гистологических методик и биохимического определения холинацетилтрансферазы и ацетилхолинэстеразы. Имеются также некоторые авторадиографические доказательства присутствия сетей ГАМК-содержащих нейронов. Их локализация в ЦНС изучена недостаточно.
До настоящего времени нет полного единогласия в отношении специфических эффектов данного нейротрансмиттера на выделение конкретного гипофизотропного гормона. Существующие данные суммированы в табл. 6—2, в которой указаны также противоречия, часть из которых можно было бы объяснить видовыми различиями.
Таблица 6—2. Нейротрансмиттерная регуляция секреции гормонов гипофиза
ГР |
Пролактин |
Гонадотропин |
ттг |
АКТГ |
|
Норадреналин |
|
— |
? |
+¯ |
|
Дофамин |
|
¯ |
¯ или |
¯ или |
?¯ |
Серотонин |
|
|
?¯ |
? |
+¯ |
ГАМК |
|
? |
?¯ |
||
Гистамин |
? |
||||
Ацетилхолин |
? |
ИЛИ ¯ |
|
Примечание. Стрелки, направленные вверх, означают повышение, вниз — снижение секреции: знак минус — отсутствие эффекта, подчеркнутая стрелка —» преимущественный эффект.
Все изложенное исходит из того, что влияние нейротрансмиттеров на секрецию гипофизарных гормонов опосредуется их действием на выделение гипофизотропных гормонов. Однако значительные количества дофамина и серотонина присутствуют в переднем гипофизе. Прямое действие дофамина на секрецию гипофизарных гормонов показано, в частности, в отношении пролактина; не исключено, что другие биогенные амины могут непосредственно влиять на секрецию и других гормонов гипофиза.
Рис. 6—6. Нейротрансмиттеры в головном мозге млекопитающих; ферменты и главные метаболиты их обмена.
Звездочкой обозначены ферменты, лимитирующие скорость реакции: Ац — ацетат, ацетил или уксусная кислота; ХЛ — холин; 5-ОИУК — 5-оксииндолуксусная кислота- ОМФУК — 4-окси-З-метоксифенилуксусная кислота; ДОФЭ — 3,4-диоксифенилэтанол; ОМФЭ — 4-окси-З-метоксифенилэтанол: ОММК — 4-окси-3-метокси-D-миндальная кислота; ДОФГ — 3,4-диоксифенилгликоль; ОМФГ — 4-окси-3-метоксифенилгликоль.
СИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗМ НЕЙРОТРАНСМИТТЕРОВ
В отношении синтеза и метаболизма различных нейротрансмиттеров известно довольно много. Получены данные о нейрональном захвате специфических аминокислотных предшественников нейротрансмиттеров, о ферментативном синтезе, о накоплении в специальных гранулах, которые защищают нейротрансмиттеры от разрушения, о выделении таких гранул под действием стимулов, вызывающих деполяризацию нейрона, о взаимодействии выделившегося нейротрансмиттера с рецепторами на постсинаптическом нейроне (например, рецепторы на нейросекреторной клетке, содержащей гипофизотропный гормон) и о метаболизме свободного нейротрансмиттера, не взаимодействующего с рецептором, либо путем повторного поглощения в пресинаптическое нервное окончание, либо путем внеклеточного превращения в биологически неактивные продукты. На рис. 6—6 представлены главные нейротрансмиттеры в ЦНС и ферменты их синтеза и распада. На рис. 6—7 изображен этот процесс применительно к моноаминергической клетке и влияние на него различных нейрофармакологических средств.
Рис. 6—7. Влияние фармакологических средств на функцию моноаминергических нейротрансмиттеров.
На схеме и в сопровождающей ее таблице показаны место и механизм действия фармакологических средств различных групп, в том числе многие применяемые в клинике. В зависимости от способа действия конкретного вещества результатом явится повышение или снижение секреции рилизинг- или ингибиторных факторов гипоталамической клеткой (Frohman L., Neurotransmitters as regulators of endocrine function. Hosp. Prac., 1975, 10, 4, 54 в модификации). 5-ОТ — 5-окситриптамин; ДА — дофамин.
НЕЙРОФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
Существует большое число точек, в которых фармакологические средства могут влиять на нейротрансмиттерную функцию и, следовательно, на выделение гипофизотропных гормонов. Некоторые средства находят терапевтическое применение при неэндокринных заболеваниях, поэтому важно знать их побочное эндокринное действие; другие препараты применяются в эксперименте для выяснения различных сторон нейротрансмиттерной регуляции. Некоторые из эффектов фармакологических средств на секрецию гормонов суммированы в табл. 6—3.
Таблица 6—3. Влияние фармакологических средств на секрецию гормонов передней доли гипофиза
Примечание. Стрелка, направленная вверх, означает повышение секреции. вниз — снижение, 0 — отсутствие эффекта.
Сравнение приведенных данных с данными табл. 6—2 должно указывать на механизмы действия в отношении функции передней доли гипофиза; так, вещество, значительно повышающее концентрацию серотонина, должно было бы активировать секрецию гормона роста и пролактина. Поскольку некоторые средства влияют на несколько трансмиттеров сразу, их гормональный эффект должен был бы явиться результирующей этих влияний.
На примере каждого из этих веществ можно продемонстрировать трудности, встречающиеся при характеристике эффектов гипофизотропных гормонов. В отношении ТРГ выяснилось, что он влияет на секрецию не только одного гипофизарного гормона; его введение вызывает секрецию как ТТГ, так и пролактина. В связи с этим возник вопрос, идентичен ли ТРГ пролактин-рилизинг гормону (ПРФ), или все же существует особый фактор, регулирующий секрецию пролактина (см. далее). Следует отметить, что термины «фактор» и «гормон» в данном случае взаимозаменяемы, хотя факторами обычно называют вещества с еще не выясненной химической структурой.
Кроме того, ТРГ не только стимулирует секрецию ТТГ, но и вызывает поведенческие реакции, которые можно наблюдать и у гипофизэктомированных животных. С появлением новых методик иммунохимической идентификации гипофизотропных гормонов вещество с иммунореактивностью, подобной ТРГ, было обнаружено во многих отделах ЦНС (см. далее), что позволило заменить прежний термин «гипоталамические гормоны» на «гипофизотропные гормоны».
Аналогичные данные имеются и в отношении ГнРГ. Этот гормон (см. далее) высвобождает как ЛГ, так и ФСГ и поэтому до сих пор не ясно, существуют ли отдельные рилизинг-гормоны для каждого из этих гормонов. Подобно ТРГ, присутствие ГнРГ было обнаружено и вне гипоталамуса; ГнРГ также обладает поведенческими эффектами, сохраняющимися в отсутствие гипофиза.
Соматостатин был первым идентифицированным гипофизотропным фактором, угнетающим высвобождение гипофизарного гормона. Его концентрация в экстрактах гипоталамуса обычно достаточно велика, чтобы замаскировать возможное присутствие рилизинг-фактора гормона роста. Обнаружение соматостатина в периферической нервной системе, поджелудочной железе и в клетках желудочно-кишечного тракта еще больше запутывает проблему гипофизотропных факторов. Показано, кроме того, что соматостатин ингибирует секрецию не только гормона роста, но инсулина, глюкагона и гастрина.
ТИРОТРОПИН-РИЛИЗИНГ ГОРМОН (ТРГ)
Представляющий собой трипептид ТРГ был первым из идентифицированных гормонов. Его распределение, по данным радиоиммунологического анализа, представлено в табл. 6—1. Хотя количества его, находимые вне гипоталамуса и невелики, но они становятся значительными, если учесть, что масса гипоталамуса у крысы составляет лишь 1/100 от общей массы мозга. В связи с этим на долю внегипоталамического ТРГ приходится почти 80 % от общего его содержания в головном мозге.
ТРГ синтезирован искусственно и широко применяется в экспериментальных и клинических целях. Синтезирован также ряд его аналогов для того, чтобы выяснить связь между структурой и активностью, а также получить антагонисты ТРГ или производные с большей продолжительностью действия.
Период полужизни ТРГ в крови человека составляет приблизительно 4 мин. Он быстро инактивируется в плазме термолабильными ферментами и поэтому при определении концентрации ТРГ в крови важно инактивировать эти ферменты.
В периферической крови крысы концентрация ТРГ составляет примерно 40 пг/мл, но в плазме крови воротной системы гипофиза она выше [3]. У крыс, подвергнутых охлаждению или получавших тироксин или пропилтиоурацил, не было обнаружено изменений концентрации ТРГ в плазме, хотя все эти воздействия изменяют содержание в плазме ТТГ [4]. Подобно этому, не изменялось содержание ТРГ и в мозге или гипоталамусе крыс в условиях тиреоидэктомии пли введения Т4, a-метил-р-тирозина или р-хлорфенилаланина. Существуют сообщения о присутствии ТРГ в моче, чего следовало ожидать, поскольку примерно 15% введенного ТРГ быстро попадает в мочу в неизмененном виде. Однако методические трудности радиоиммунологического определения ТРГ поднимают вопрос о том, действительно ли обнаруживаемое в моче вещество является ТРГ. Недавно проведенные исследования с помощью аффинной колоночной хроматографии на сефарозе с анти-ТРГ IgG показали, что практически вся иммунореактивность, ранее определяемая в моче, обусловлена не ТРГ. Цифры, полученные с помощью этого метода, были гораздо ниже получаемых в других лабораториях путем прямого радиоиммунологического анализа, мочи, хотя процент обнаружения добавленного к моче ТРГ составлял только 35. Эти результаты свидетельствуют о том, что эндогенная иммунореактивность ТРГ, определяемая в моче человека, может быть обусловлена присутствием не самого ТРГ, а веществ, дающих перекрестную реакцию с антителами к этому гормону.
ГИПОФИЗОТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ С ВЫЯСНЕННОЙ СТРУКТУРОЙ
За последнее десятилетие были выделены и подробно охарактеризованы три фактора: тиротропин-рилизинг гормон (ТРГ), гонадотропин-рилизинг гормон (ГнРГ) и гормон, ингибирующий высвобождение гормона роста (соматостатин). Они имеют следующую структуру Деафферентация гипоталамуса снижает концентрацию ТРГ только в нем самом, но не в других отделах мозга; это свидетельствует о том, что внегипоталамический ТРГ образуется не в результате деятельности нейросекреторных клеток гипоталамуса. Причина снижения уровня ТРГ в гипоталамусе после такой деафферентации остается неясной. Считают, что это снижение обусловлено либо прекращением стимулирующих нервных влияний на гипоталамические ТРГ-продуцирующие клетки, либо перерезкой аксонов, приносящих ТРГ из областей, расположенных вне гипоталамуса, либо, наконец, возможным нарушением циркуляции спинномозговой жидкости, что также препятствует транспорту ТРГ из внегипоталамических областей в гипоталамус. Несмотря на снижение содержания ТРГ в деафферентированном гипоталамусе, у животных сохраняются нормальные реакции ТТГ на введение пропилтиоурацила и трийодтиронина или холодовое воздействие.
Реакции, сохраняющиеся у животных, перенесших деафферентацию гипоталамуса, снижаются при электролитическом разрушении срединного возвышения. По-видимому, в области дугообразного ядра и срединного возвышения существует запас ТРГ, который в условиях интактности функций клеток гипофиза может обеспечивать сохранение обратной связи и реактивность гипофиза.
Полагают, что механизм действия ТРГ на гипофиз заключается в активации системы аденилатциклаза—цАМФ. Этот эффект блокируется тиреоидными гормонами путем синтеза ингибиторного белка, препятствующего проявлению действия ТРГ. Кортикостероиды, которые, вероятно, снижают секрецию ТРГ, также блокируют еще и его стимулирующее действие на секрецию ТТГ. Что касается пролактина, то кортикостероиды не уменьшают его реакции на ТРГ, а тироксин снижает эту реакцию только частично.
Соматостатин также блокирует реакцию ТТГ, но не пролактина, на ТРГ. Сходство эффектов тироксина, кортизона и соматостатина означает, что либо два типа клеток (т. е. тиротрофы и лактотрофы) обладают неодинаковыми рецепторами к ТРГ, либо эти эффекты осуществляются не на рецепторном уровне.
Введение L-дофа блокирует реакцию на ТРГ как ТТГ, так и пролактина. У больных с реальными или предполагаемыми опухолями гипофиза, т. е. при акромегалии или болезни Кушинга (но не у здоровых лиц), ТРГ влияет на секрецию соответственно гормона роста и АКТГ. ТРГ подавляет повышение уровня гормона роста в плазме в ночное время, а у животных внутрижелудочковое введение ТРГ тормозит повышение уровня гормона роста в плазме, вызываемое фармакологическими средствами. Считается, что в условиях интактности моноаминергических путей ТРГ влияет на них, угнетая стимулирующее действие нейротрансмиттеров на секрецию СТГ. При нарушении же функции этих путей (что, вероятно, наблюдается при акромегалии) ТРГ может непосредственно влиять на гипофиз, повышая секрецию СТГ. Точно так же, ТРГ может стимулировать секрецию АКТГ только при нарушении целостности (анатомической или функциональной) связей в ЦНС.
Что касается упомянутых поведенческих эффектов ТРГ, то определение его в мозге примитивных позвоночных, у которых отсутствует гипофиз или щитовидная железа, соответствует возможности прямого влияния ТРГ на функцию ЦНС. Первые данные о «смягчении» депрессивных состояний при введении ТРГ не были подтверждены. Однако ТРГ укорачивает продолжительность пентабарбиталового наркоза, потенцирует поведенческие эффекты дофамина и серотонина и увеличивает LD50 пентабарбитала, снижая при этом LD50 стрихнина. Эти данные согласуются с представлениями о возбуждающем действии ТРГ на ЦНС. Недавно полученные данные электрофизиологических исследований свидетельствуют о возможном участии ТРГ в торможении вспышек активности определенной популяции гипоталамических клеток.
Поведенческие эффекты ТРГ могут определяться не только его действием на нервные клетки (о чем свидетельствуют исследования с микроионофорезом), но и изменением кругооборота трансмиттеров (например, норадреналина) в головном мозге. Ускорение кругооборота норадреналина в коре головного мозга наблюдалось у крыс, получавших ТРГ внутрибрюшинно [7].
ГОНАДОТРОПИН-РИЛИЗИНГ ГОРМОН (ГнРГ)
С помощью иммунологических методов декапептид ГнРГ был обнаружен почти исключительно в срединном возвышении и сосудистом органе и в меньшей концентрации в дугообразном и вентромедиальном ядрах. С помощью иммуноцитохимических методов исследования удается выявить системы нервных волокон, содержащих ГнРГ. Их можно проследить до ретрохиазматической области, дугообразного ядра и сосудистого органа терминальной пластинки. Другие пути, ведущие, вероятно, в миндалину, узел уздечки и сетчатое образование среднего мозга, могли бы принимать участие в поведенческих эффектах ГнРГ. В отношении влияния деафферентации на содержание ГнРГ в гипоталамусе и вне его существуют разногласия в том плане, что разные исследователи наблюдали либо снижение, либо отсутствие его в гипоталамусе без изменения уровня ГнРГ вне этого образования; эти разногласия связаны, вероятно, с разными размерами остающегося после операции гипоталамического островка. Как и в отношении ТРГ, получены многочисленные аналоги ГнРГ, часть которых обладает большей эффективностью, а другие являются его антагонистами и могут иметь значение в качестве средства контроля за рождаемостью. Как уже упоминалось, существует некоторая неопределенность относительно существования второго ФСГ-рилизинг фактора, отличающегося от ГнРГ. По-видимому, большинство имеющихся данных о разном влиянии ГнРГ на секрецию ФСГ и ЛГ не противоречат представлению о едином рилизинг-гормоне и может объясняться различием его доз, временных параметров реакции и взаимодействия со стероидными гормонами на уровне гипофиза. Считается, что влияние ГнРГ на секрецию Л Г гипофизом опосредовано системой аденилатциклаза—цАМФ. В отношении возможности обнаружение ГнРГ в плазме или моче существуют значительные разногласия.
Зависимость реакции гонадотропинов на ГнРГ от половых стероидов варьирует, что отчасти связано с используемыми дозами, а также видом животных. У человека короткий курс лечения эстрадиолом снижает реакцию гонадотропинов на ГнРГ. В отличие от этого длительное введение эстрадиола усиливает эту реакцию. Кратковременное применение прогестерона также уменьшает прирост секреции гонадотропинов в ответ на введение ГнРГ. Все эти данные получены при обследовании женщин. Введение эстрогенов мужчинам заметно снижает реакцию гонадотропинов на ГнРГ, тогда как большие дозы тестостерона обладают лишь легким супрессивным эффектом. Реактивность гипофиза по отношению к ГнРГ у животных увеличивается под действием малых доз эстрогенов у самок, но не у самцов, тогда как у последних тестостерон угнетает соответствующую реакцию. Кортикостероиды снижают реакцию ЛГ на ГнРГ. Существуют данные о том, что ГнРГ также повышает секрецию СТГ у некоторых больных акромегалией.
Уже упоминалось о поведенческих эффектах ГнРГ. Они заключаются в индукции характерного для эструса поведения у лишенных эстрогенов овари- и гипофизэктомированных животных. Данные электрофизиологических исследований свидетельствуют о том, что колебания активности гипоталамических нейронов коррелируют с изменениями секреции гонадотропинов и что введение ГнРГ с помощью микроэлектрофореза, по-видимому, существенно меняет электрическую активность тубероинфундибулярных, но не преоптических нейронов [9].
СОМАТОСТАТИН
Соматостатин представляет собой тетрадекапептид и, подобно другим гипофизотроппым гормонам, имеет крайне короткий период полужизни в плазме. Соматостатиноподобная иммунореактивность обнаружена в плазме [10], спинномозговой жидкости [11] и моче [12], хотя ее идентичность соматостатину и не бесспорна. Соматостатин оказывает сильное влияние не только на секрецию СТГ (у человека он блокирует выделение СТГ в ответ на все исследованные стимулы, т. е. гипогликемию, сон, введение L-дофа и аргинина), но и блокирует секрецию ТТГ, инсулина, глюкагона, секретина, гастрина и ренина. Это обусловило поиски производных соматостатина, которые могли бы специфически влиять только на тот или иной гормон с тем, чтобы можно было получить специфические терапевтические эффекты либо при диабете, либо при акромегалии и при этом не была изменена секреция других гормонов. Механизм угнетающего действия соматостатина на секрецию гипофизарного СТГ неизвестен, хотя этот эффект может опосредоваться снижением продукции цАМФ. Известно, однако, что все влияния соматостатина на секрецию гормонов сопровождаются изменением потоков кальция, в результате чего поглощение кальция клетками тормозится; ингибиторное действие соматостатина удается предотвратить добавлением кальция [13].
Наибольшее количество соматостатина содержится в срединном возвышении (см. табл. 6—1), но значительные концентрации присутствуют и в других областях гипоталамуса, равно как и в таламусе, коре мозга, преоптической области, среднем и спинном мозге. Полная деафферентация медиобазального гипоталамуса приводит к ускорению роста и повышению уровня СТГ в плазме, но концентрация соматостатина в деафферентированной области не регистрировалась. Не ясно, осуществляется ли предполагаемая нейро-трансмиттерыая регуляция секреции СТГ путем изменения концентрации соматостатина или пока еще гипотетического рилизинг-фактора СТГ (см. далее). Кроме того, введение СТГ тормозит его собственную секрецию. Этот эффект мог бы опосредоваться изменением концентрации соматостатина или рилизинг-фактора СТГ, влияющих на гипофиз, но мог бы определяться и теми изменениями концентрации соматостатина, которые действуют на нервные факторы, регулирующие секрецию СТГ. Относительно парагипофизарного влияния соматостатина на мозг существует мало данных. Подобно ТРГ и ГнРГ, соматостатин при непосредственной аппликации на определенную популяцию одиночных нейронов как в гипоталамусе, так и в других областях (такие, как кора мозга и мозжечка и спинной мозг) может приводить к значительному снижению частоты нейрональных разрядов (14].
ГИПОФИЗОТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ С НЕВЫЯСНЕННОЙ СТРУКТУРОЙ
КОРТИКОТРОПИН-РИЛИЗИНГ ФАКТОР (КРФ)
Хотя КРФ-подобная активность была первой из обнаруженных в экстрактах гипоталамуса, ее химическая природа до сих пор не установлена. Недавно проведенные исследования свидетельствуют о том, что хотя КРФ-подобной активностью может обладать и вазопрессин, он не идентичен веществу, присутствующему в экстрактах, полученных из гипоталамуса. Считается, что вазопрессин может потенцировать гипоталамическую КРФ активность. Крысы линии Брэтлборо, у которых вазопрессин отсутствует, сохраняют способность реагировать на стресс, хотя в их гипоталамусе содержится меньше КРФ, чем у животных контрольной группы.
Отмечалось, что КРФ из гипоталамуса свиньи имеет один пик с молекулярной массой приблизительно 1500 [15]. Изучение гипоталамуса крысы обнаружило присутствие двух видов КРФ — небольшой структуры с молекулярной массой около 1000—1500 и более крупной с молекулярной массой примерно 2400 [16, 17]. В бычьем гипоталамусе найдено вещество, обладающее КРФ активностью, с молекулярной массой около 1000 [18]; КРФ овцы имеет молекулярную массу более 5000.
Содержание КРФ в ЦНС определяли биологическим методом. В одной из работ [19] сообщается, что наибольшая его концентрация была обнаружена в срединном возвышении; меньшие количества содержались в областях, расположенных кзади и выше, и еще меньшее — в зрительном бугре и коре мозга. Концентрация в гипоталамусе повышалась после деафферентации, гипофизэктомии и введения дексаметазона. Концентрация КРФ у крыс линии Брэтлборо была существенно ниже, чем у контрольных животных.
Однако Yasuda и Greer [20] нашли относительно высокие концентрации КРФ в мозжечке, большом мозге и таламусе, причем кривые доза—реакция в этих отделах отличались от таковых в отношении гипоталамического КРФ. Эти авторы обнаружили также наибольшую концентрацию КРФ в ножке гипофиза и большие его количества в заднем гипофизе, причем кривые доза—реакция в последних опять-таки не совпадали с таковой для КРФ срединного возвышения [21]. По данным всех публикаций, содержание вазопрессина в исследуемых тканях было слишком малым, чтобы хоть какую-то долю активности КРФ можно было отнести на его счет. Yasuda и Greer [22] не наблюдали изменений содержания КРФ в гипоталамусе при гормональных сдвигах. С другой стороны, отмечалось повышение уровня КРФ в гипоталамусе через 2— 4 мин после стресса [23].
Влияние КРФ на секрецию АКТГ гипофизом блокируется введением кортизона, подобно тому, как введение тироксина блокирует влияние ТРГ на секрецию ТТГ. Предполагается, что кортизон индуцирует синтез ингибиторного белка.
РИЛИЗИНГ-ФАКТОР ГОРМОНА РОСТА
До сих пор существуют значительные противоречия по вопросу о химической структуре и природе рилизинг-гормона СТГ. Данные первого сообщения о выделении из экстрактов гипоталамуса свиньи декапептида, который, судя по результатам биологического определения, мог вызывать секрецию СТГ, были сочтены артефактом, связанным с процедурой экстракции. Этот пептид оказался неэффективным в отношении выброса иммунореактивного СТГ в плазму крысы и человека и, по-видимому, представлял собой часть b-цепи свиного гемоглобина. Однако все же существуют данные о присутствии в экстрактах гипоталамуса вещества, которое может влиять на секрецию СТГ и, по-видимому, отличающегося от вазопрессина и ТРГ, которые также могут вызывать секрецию этого гормона. Хотя при хроматографии на колонке из сефадекса это вещество элюируется вместе с ТРГ, в отличие от ТРГ оно не разрушается при инкубации с плазмой. Пока не удастся идентифицировать это вещество и не будут разработаны специфические методы его определения, останется неясным, действуют ли многие стимулы и агенты, вызывающие секрецию СТГ, путем стимуляции высвобождения его рилизинг-фактора или путем торможения выделения соматостатина.
ПРОЛАКТИНИНГИБИРУЮЩИЙ ФАКТОР
Существующие данные указывают на то, что большая часть активности, ингибирующей секрецию пролактина и присутствующей в экстрактах гипоталамуса, могла бы определяться дофамином. Имеются, однако, сообщения о гипоталамической пролактинингибирующей активности, эффекты которой не блокируются антагонистами дофаминовых рецепторов [24] и которая определяется фактором пептидной природы.
Возможный источник противоречий кроется в сообщениях, согласно которым дофамин подавляет секрецию пролактина как при инъекции в III желудочек мозга [25], так и при непосредственной инъекции в воротные сосуды гипофиза [26].
ПРОЛАКТИН-РИЛИЗИНГ ФАКТОР (ПРФ)
Уже упоминалось о роли ТРГ в регуляции секреции пролактина, равно как и о том факте, что в определенных условиях можно наблюдать расхождение эффектов ТРГ на секрецию пролактина и ТТГ. Гипогликемия, вызванная введением инсулина, приводит к повышению в сыворотке концентрации пролактина, но не ТТГ. Существуют и физиологические условия (стресс, грудное вскармливание), в которых секреция пролактина не сопровождается одновременным повышением секреции ТТГ. Возможное объяснение этих данных, не требующее допущения о присутствии ПРФ, заключается в том, что секреция пролактина усиливается вследствие торможения выделения пролактинингибирующего фактора. Однако имеются сообщения о присутствии в гипоталамических экстрактах фракции, обладающей пролактин-рилизинг активностью, которую хроматографически удается отделить от ТРГ. Эта активность в указанных экстрактах не уничтожается ферментами, которые разрушают ТРГ [27].
ГИПОФИЗОТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ, ВОЗМОЖНО СУЩЕСТВУЮЩИЕ, НО НЕ ДОКАЗАННЫЕ
Показано, что МСГ-ингибирующий фактор (МСГ-ИФ) (пролин— лейцин—глицинамид), выделенный из экстракта бычьего гипоталамуса, способен вызывать осветление кожи лягушек. Этот пептид содержится в структуре окситоцина. Описан также МСГ-рилизинг фактор (МСГ-РФ), представляющий собой пентапептид, содержащий N-концевые аминокислоты окситоцина; предполагается, что оксптоцин служит прогормоном для обоих пептидов (МСГ-РФ и МСГ-ИФ). При анализе этой проблемы возникает, однако, ряд вопросов. Имеются указания на видовую специфичность близких пептидов, обладающих активностью МСГ-ИФ. Отсутствуют данные, которые указывали бы на прогрессивное увеличение пигментации у человека после перерезки ножки гипофиза, подобно тому, как это описано для лягушки. МСГ-ИФ, по-видимому, не изменяет содержания МСГ у человека. Недавно полученные данные о том,. что МСГ в виде отдельного гормона имеется только у животных с промежуточной долей гипофиза, а у человека отсутствует (см. главу 7), требуют переоценки возможности существования рилизинг- и ингибирующих факторов для этого гормона. Вещество, которое у человека принимали за МСГ, связанный с экстракцией артефакт и представляет собой фрагмент b-липотропина. Остается выяснить, контролируется ли секреция b-липотропина и АКТГ общим рилизинг-фактором и существует ли для них ингибирующий фактор, подобно тому как это постулируется в отношении МСГ.
ГОРМОНЫ, НЕ ОКАЗЫВАЮЩИЕ ПЕРВИЧНОГО ВЛИЯНИЯ НА ГИПОФИЗ
Недавно было показано присутствие в мозге пептидов, многие из которых имеются в желудочно-кишечном тракте. К ним относятся гастрин, холецистокинин, вазоактивный кишечный полипептид и субстанция Р, равно как и ангиотензин, ренин, нейротензин, бомбезин, а также эндорфины и энкефалины. Следует подчеркнуть что, за исключением субстанции Р и нейтротензина, все эти соединения в мозге были идентифицированы только с помощью иммунохимических и/или иммуногистохимических методов, что не доказывает их полной идентичности веществам, имеющим иное происхождение. Сведения о распределении, реакции на физиологические-стимулы и возможных точках приложения действия в ЦНС для всех веществ, за исключением субстанции Р, нейротензина, а также эндофинов и энкефалинов, по большей части весьма ограничены.
Субстанция Р
Субстанция Р была обнаружена в мозге при попытках очистить КРФ, в результате чего был выделен слюногонный пептид, оказавшийся идентичным субстанции Р, ранее выделенной из желудочно-кишечного тракта [28]. Ее высокие концентрации присутствуют в гипоталамусе, преоптической области, стволе мозга и среднем мозге, причем наибольшее количество найдено в сетчатом образовании substantia nigra; ее концентрация в отдельных ядрах перегородки, преоптической зоны и гипоталамуса неодинакова [29]. Субстанция Р обладает, по-видимому, нейротрансмиттерной функцией. Она высвобождается синаптосомами, а также при перфузии спинного мозга. Недавно [30] описано угнетающее действие субстанции Р на секрецию АКТГ, стимулируемую КРФ или вазопрессином, но ее влияние на исходную секрецию АКТГ не установлено.
Нейротензин
Нейротензин был открыт [31] в процессе выделения субстанции Р, когда оказалось, что одна из фракций элюата с колонки обладает выраженным сосудорасширяющим действием. Он представляет собой тетрадекапептид; последовательность 5 из 9 аминокислот в вазопрессине и 5 из 10 аминокислот в ГнРГ идентична или сходна с таковой в нейротензине. В гипоталамусе присутствует 30% от его общего содержания в мозге; остальное количество находится в среднем мозге и стволе, но самая высокая концентрация характерна именно для гипоталамуса и гипофиза (по данным иммунологических определений). Общее содержание нейротензина в мозге в 10 раз меньше,, чем в экстрактах тонкого кишечника. Мозговая и кишечная форма обладают, по-видимому, химическим сходством.
Кроме влияния на кровообращение (расширение сосудов и гипотензия), нейротензин вызывает и резкую гипергликемию [32] у гипофиз-, адреналэктомированных или получавших морфин, феноксибензамин или пропранолол (анаприлин) животных. Его гипергликемический эффект обусловлен в основном стимуляцией секреции глюкагона и угнетением секреции инсулина, что опосредуется отчасти гормонами мозгового слоя надпочечников, а отчасти — гистамином [33]. Нейротензин принимает участие и в стимуляции секреции СТГ, пролактина, ТТГ и АКТГ и может аналогичным образом влиять на секрецию гонадотропинов. Поскольку эти эффекты наблюдаются после внутривенной инъекции нейротензина, не исключено, что они обусловлены сосудорасширяющим действием. В отличие от этого, введение нейротензина в желудочки головного мозга угнетает секрецию СТГ, пролактина и ТТГ [34], а также вызывает гипотермию [35].
Ангиотензин
Присутствие ангиотензина I в ЦНС было доказано с помощью как иммуногистохимического, так и радиоиммунологического методов, причем наибольшая его концентрация найдена в субфорникальном органе, мозолистом теле, гипоталамусе, хориоидном сплетении и-pars intemedia. В ЦНС были обнаружены и рецепторы к ангиотензину II с наибольшей специфичностью связывания в гипоталамусе и таламической области среднего мозга. До настоящего временит не удалось показать внутриклеточного синтеза или секреции синтезируемого в нервах вещества. Имеются сообщения, что внутрижелудочковое введение ангиотензина вызывает жажду у животных после питья, а также стимулирует секрецию вазопрессина. Поскольку такие же эффекты описаны после системного введения ангиотензина, роль ангиотензина, предположительно синтезируемого в ЦНС, остается неясной.
Эндорфины и энкефалины
Несколько лет назад в ЦНС было определено присутствие опиатных рецепторов, а вслед за этим обнаружены и эндогенные опиатные пептиды (эндорфины и энкефалин). Эти открытия вызвали значительный интерес.
Следует отметить также, что энкефалин присутствует не только в ЦНС, но и в желудочно-кишечном тракте. Такое распределение сходно с характерным для субстанции Р, соматостатина, гастрина и вазоактивного кишечного полипептида.
Рис. 6—8. Структурные соотношения между АКТГ, меланотропином, липотропинами, эндорфинами и энкефалинами. Приведенная 91 последовательность аминокислот отражает структуру (З-липотропина; а-МСГ включает 1—13 последовательность АКТГ. Гомологичные последовательности АКТГ и липотропина показаны лишь схематически; это не отражает их реального структурного соотношения в молекуле массой в 31000 дальтон, являющейся общим предшественником обоих пептидов.
Данные о том, что в составе b-липотропного гормона (b-ЛПГ), ранее считавшегося чисто гипофизарным гормоном, содержатся последовательности b-МСГ, метионин-энкефалина и эндорфина, явились стимулом к проведению многих исследований, направленных на выяснение распределения этих пептидов, возможной роли b-ЛПГ в качестве предшественника соответствующих фрагментов и физиологического значения последних. В отношении точной химической природы, сходства и различия, а также детальной анатомической локализации опиатных пептидов, найденных в ЦНС и гипофизе, все еще существуют значительные противоречия. Часть их связана с отсутствием специфических антисывороток, с помощью которых можно было бы точнее охарактеризовать эти фрагменты, а также с нехваткой в ряде случаев материала, необходимого для полной структурной характеристики. Присутствие b-ЛПГ обнаружено в передней доле гипофиза животных многих видов. Химическая структура b-ЛПГ и некоторых его фрагментов приведена на рис. 6—8. Следует подчеркнуть, что 65-е положение в молекуле b-ЛПГ занимает метионин, поэтому он может служить предшественником метионин-энкефалина, но не лейцин-энкефалина, который тоже присутствует в головном мозге свиньи, быка и человека, хотя и в иных пропорциях.
Отсутствует единство мнений и по вопросу об относительном содержании эндорфинов в разных долях гипофиза. Более того, Сох и соавт. [36] выделили из экстрактов гипофиза еще один опиатоподобный пептид, пока не охарактеризованный окончательно, но отличающийся от эндорфинов. Считалось, что энкефалины имеют чисто «нервное» происхождение, но недавно появилось сообщение об их присутствии и в гипофизе [37].
Хотя в ЦНС и обнаружены опиатные рецепторы [38], b-эндорфин [39], энкефалин [40] и b-ЛПГ [41] (причем присутствие трех последних доказано с помощью либо иммуногистохимического, либо специфического радиоиммунологического методов), отсутствует строгая корреляция между концентрацией опиатных рецепторов, с одной стороны, и уровнем энкефалина или эндорфина, с другой. Неодинаково и распределение эндорфина и энкефалина в ЦНС. Поскольку в ней присутствует не только метионин-, но и лейцин-энкефалин и поскольку до сих пор не удалось выделить и охарактеризовать лейцин-бета-ЛПГ, полагают, что лейцин-энкефалин либо кодируется аллельным геном b-ЛПГ в головном мозге, либо синтезируется de novo. Инкубация b-ЛПГ с экстрактами мозга или заднего гипофиза крысы приводит к образованию веществ, обладающих опиатной активностью. Следует отметить, что сам по себе b-ЛПГ в биологических исследованиях не обнаруживает морфиномиметнческой активности. Пока не было попыток определить, присутствует ли b-ЛПГ в мозге гипофизэктомированных животных, хотя присутствие эндорфинов в этих случаях установлено, Результаты всех этих исследований следует трактовать с осторожностью, принимая в расчет возможность местного ферментативного воздействия и химического изменения искомого вещества в процессе получения тканевого препарата или экстракции, а также недостаточной специфичности применяемых антител.
Очевидно, таким образом, что взаимоотношения между системами мозга и гипофиза липотропин—эндорфин—энкефалин остаются неясными. В настоящее время активно изучаются вопросы о том, опосредованы ли эффекты эндорфинов, энкефалинов и других опиатоподобных пептидов исключительно опиатными рецепторами,. являются ли эти вещества нейротрансмиттерами или нейромодуляторами и влияют ли они на концентрацию других нейротрансмиттеров. Сообщают о повышении уровня серотонина в мозге и угнетении кругооборота ацетилхолина после введения b-эндорфина [42], тогда как энкефалин может снижать кругооборот не только ацетилхолина, но и катехоламинов [43]. Полагают, что электрическая стимуляция ядер серого вещества мозга тормозит импульсацию по нервам, передающим болевые сигналы в спинной мозг; аналогичные эффекты возникают при инъекции морфина или эндорфина в эту область. Анальгезию, создаваемую электрической стимуляцией соответствующих областей, удается частично блокировать налоксоном — специфическим антагонистом опиатов, а недавно было показано, что электрическая стимуляция этих областей приводит к высвобождению эндорфина.
Анальгезирующие дозы морфина, вводимые в периакведуктальную область мозга, вызывают гиперактивность; введение b-эндорфина, по данным одних исследователей, вызывает каталептоидное состояние [44], а по другим данным — поведенческую иммобилизацию, сопровождающуюся ригидностью пли вялостью и гиперактивностью [45]. Предполагается, что эти пептиды могут иметь отношение к психическим заболеваниям, но пока отсутствуют надежные сообщения об их влиянии при подобных заболеваниях. Предполагаются и другие поведенческие эффекты эндорфинов и энкефалинов. Фрагменты АКТГ, равно как и производные лизинвазопрессина, вызывают у животных заметные поведенческие сдвиги (см. далее). b-Эндорфин и фрагменты b-ЛПГ66-69 и b-ЛПГ51-75 проявляют большую, чем фрагменты АКТГ, активность в психологических тестах, которые, как принято считать, отражают состояние памяти.
Роль эндогенных опиатов в привыкании к морфию или отказе от него не ясна. Показано, что глиальные клетки нейробластомы обладают опиатными рецепторами. Острое воздействие опиатов на клоны таких клеток приводят к снижению исходного уровня аденилатциклазы. Хроническое же воздействие опиатов на эти клетки сопровождается компенсаторным повышением активности аденилатциклазы, а I последующее исключение контакта толерантных клеток с морфином приводит к немедленному и резкому повышению уровня цАМФ, который превышает норму [46]. Этот чрезмерно высокий уровень цАМФ может быть биохимическим коррелятом синдрома абстиненции. Считается также, что введение экзогенных опиатов подавляет выделение эндогенных опиатов и что это может служить основой синдрома отмены.
Существует много сообщений о стимулирующем влиянии морфина на секрецию АКТГ, СТГ и пролактина. Было бы, очевидно, весьма интересно выяснить, воспроизводятся ли какие-либо из этих эффектов опиатными пептидами. Описан стимулирующей эффект b-эндорфина, а также метионин- и лейцин-энкефалина при их внутрижелудочковом введении на секрецию пролактина и СТГ [47, 48]. Налоксон блокировал влияние лейцин-энкефалина на секрецию СТГ [50], но не пролактина [49]; эффекты b-эндорфина в присутствии налоксона не проявлялись. В свежеприготовленной культуре диспергированных клеток гипофиза стимулирующий эффект эндорфина отсутствовал, что свидетельствует о центральном действии эндорфина, несмотря на известное присутствие опиатных рецепторов в гипофизе. Показано, что g-эндорфин и лейцин-энкефалин стимулирует секрецию ЛГ и ФСГ in vitro. In vivo же морфин и метионин-энкефалин снижают концентрацию ЛГ и ТТГ в сыворотке; при одновременном введении налоксона эти эффекты ингибировались. Хотя сообщалось, что введение морфина повышает уровень кортикостероидов в надпочечниках, эффекты опиатных пептидов в отношении системы АКТГ—кортикостероиды пока не описаны.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЕПТИДНЫХ ГОРМОНОВ С НЕРВНОЙ СИСТЕМОЙ
Непрерывно накапливаются данные о влиянии некоторых пептидных гормонов гипофиза, а именно АКТГ, МСГ и вазопрессина на условнорефлекторную деятельность и поведение крыс [51]. В этом отношении эффективны и фрагменты таких пептидов, которые не обладают эндокринными свойствами своих предшественников. Кроме того, эти пептиды и их фрагменты оказывают выраженное действие в отсутствие как гипофиза, так и надпочечников. У гипофизэктомированных животных наблюдаются поведенческие изменения, которые не купируются введением кортикостероидов. Введение гормонов коры надпочечников гипофизэктомированным или интактным животным оказывает действие, противоположное таковому АКТГ и его аналогов. Эти данные свидетельствуют, таким образом, о том, что упомянутые пептиды и их фрагменты оказывают прямое действие на ЦНС. Следует отметить, что у интактных животных такие эффекты в большинстве случаев проявляются очень слабо.
Обычно изучаемыми параметрами служат скорость приобретения навыков избегания (трактуемая как показатель способности к обучению) и торможение угасания таких навыков (трактуемое как улучшение памяти). Наименее эффективным в отношении обучения фрагментом является последовательность 4—7 в молекуле АКТГ; влияние на память удается наблюдать при действии фрагмента 4—10. Считается, что эти вещества влияют на обучение и память, увеличивая внимание животного. У человека под влиянием АКТГ4-10 наблюдали весьма ограниченное повышение подвижности психических процессов и улучшение зрительной памяти.
Имеются также некоторые данные о том, что АКТГ и b-МСГ препятствуют вызываемому морфином угнетению активности спинальных рефлексов. Показано, что АКТГ4-ю обладает сродством к опиатным рецепторам, хотя в этих исследованиях применялись фармакологические концентрации фрагмента, а расчетные константы диссоциации были весьма высокими. У крыс АКТГ1-39 и AKTГ1-24 препятствуют проявлению анальгезирующего эффекта морфина. Это, однако, не согласуется с клиническими наблюдениями о повышении чувствительности к морфину у больных с недостаточностью функции коры надпочечников. У таких больных уровень АКТГ был значительно повышен.
Присутствие соответствующих фрагментов в гипофизе пока не обнаружено; неясно также, синтезируются они в мозге или попадают в него путем ретроградного кровотока по сосудам воротной системы, через спинномозговую жидкость или из общего кровотока. В последнем случае можно было бы полагать, что ферменты, образующие эти фрагменты из интактной молекулы АКТГ, содержатся в самом мозге.
Животные, лишенные заднего гипофиза, не обнаруживают нарушений процесса запоминания. Однако у них нарушается процесс затухания навыков избегания. Хотя, как уже отмечалось, АКТГ эффективен и в отношении коррекции таких нарушений, его эффект проявляется только при введении в период затухания навыков. Питрессин же эффективен независимо от времени введения. Наиболее активным пептидом из группы вазопрессиноподобных веществ является, по-видимому, аргинин-вазопрессин; окситоцин и аргинин-вазотоцин обладают лишь 20% активности аргинин-вазопрессина. Вазопрессин и его аналоги не только влияют на обучение, но и облегчают развитие резистентности к анальгезирующему действию морфина у мышей и крыс, а также нормализуют сниженную тета-активность гиппокампа, наблюдаемую у животных линии Брэтлборо во время парадоксальной фазы сна.
Место приложения действия этих пептидов и их фрагментов изучали у крыс путем повреждения различных участков мозга, а также путем имплантации таких соединений в различные участки мозга. Для действия фрагментов АКТГ необходима, по-видимому, парафасцикулярная область таламуса. По всей вероятности, для проявления поведенческих эффектов этих нейропептидов требуется и интактность связей между средним мозгом и лимбической системой. Парафасциркулярные ядра чувствительны и к введению вазопрессина, но они не обязательны для проявления его действия. В опосредовании влияния вазопрессина на сохранение приобретенных навыков важную роль играют лимбические структуры среднего мозга.
Нейротрансмиттерная основа эффектов этих пептидов остается предметом дискуссии. АКТГ4-10 ускоряет кругооборот и синтез катехоламинов в мозге интактных крыс, но не оказывает подобного влияния у гипофиз- или адреналэктомированных животных несмотря на то, что, как уже отмечалось, он вызывает поведенческие сдвиги у таких животных.
ВЛИЯНИЕ ГОРМОНОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗ НА ФУНКЦИЮ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
При большинстве эндокринных заболеваний наблюдаются нарушения как познавательной, так и эмоциональной функции [52]. Они, по большей части, не подвергались систематическому изучению.
У больных аддисоновой болезнью часто отмечают психические расстройства и депрессию. На ЭЭГ у таких больных обнаруживают диффузную высокоамплитудную и низкочастотную активность. Вкусовые, обонятельные и слуховые пороги в этих случаях снижаются. Не было сделано попыток оценить характер подобных нарушений в зависимости от первичности или вторичности кортикостероидной недостаточности.
У больных с гиперфункцией коры надпочечников также отмечались случаи нарушения психики и депрессии. Частота психозов у таких больных достигает примерно 10%, причем нередко имеют место суицидальные попытки. В этом случае опять-таки не делали различий между больными с гиперфункцией коры вследствие опухоли надпочечников, у которых секреция АКТГ должна была бы быть подавленной, и больными с повышенной секрецией АКТГ, что наблюдается при болезни Кушинга или эктопической продукции АКТГ опухолью, которая, вероятно, выделяет особую форму гормона. Определенную ясность может внести сравнение с эффектами экзогенного введения кортикостероидов в отношении ЦНС; в этих случаях частота эйфории достигает 50%, тогда как при болезни Кушинга она встречается только у 4% больных. Экзогенное введение кортикостероидов столь же часто вызывает психозы и реже депрессию. Вопрос о том, зависят ли эти эффекты от длительности введения стероидов или их дозы, или отражают реальные различия между лицами, получающими стероиды, и общей группой больных, у которых гыперадренокортицизм имеет разную этиологию, требует дальнейшего изучения. Характер поведенческих нарушений, по-видимому, не коррелирует с особенностями личности больных до воздействия гормонов.
Нарушения деятельности ЦНС наблюдаются и в случае гиперфункции околощитовидных желез. У 50% таких больных отмечаются нарушения познавательной функции, у 10%—психозы и еще у 30 % — неклассифицированные нарушения психики. Относительно возможной зависимости частоты каждого из нарушений от этиологии гиперпаратиреоза существуют ограниченные данные. Часть нарушений при лечении исчезает. При гиперпаратиреозе наблюдали линейную связь между нарушением познавательной функции и увеличением уровня кальция в сыворотке. У 30% больных обнаруживают депрессивное состояние, причем лечение гиперпаратиреоза сопровождается некоторыми признаками улучшения психического состояния больных.
Нарушения функции нервной системы служат классическим проявлением тиреоидной патологии. У больных гипотиреозом отмечается ослабление запоминания и концентрации внимания. В тяжелых случаях замедляется доминирующий ритм ЭЭГ. Установлено, что именно ЦНС первой улучшает свои функции после начала заместительной терапии.
Сходные нарушения описаны и при гипертиреозе. В отличие от нарушений познавательной функции, характер нарушений эмоциональной сферы, по-видимому, связан с повышением или снижением концентрации тиреоидных гормонов. У больных гипотиреозом доминирует подавленное настроение; для некоторых характерна «дурашливость» поведения. Главными жалобами больных гипертиреозом являются возбужденное состояние, истощаемость и раздражительность; симптомы тяжелой депрессии отсутствуют. Хотя двигательная активность и повышается, но таких больных нельзя отнести к гиперманиакальной категории в общепринятом психиатрическом смысле. После ликвидации эндокринных нарушений психика у больных обеих групп обычно нормализуется.
Изменения психики, наблюдаемые у больных с гипофизарными заболеваниями, по большей части связаны с описанными изменениями функции периферических желез. Кроме того, часто отмечается утрата либидо. Заместительная терапия кортикостероидами ликвидирует большинство наблюдаемых сдвигов; снижение либидо корригируется введением половых гормонов. При заместительной терапии все же может сохраняться слабость и апатия, в генезе которых возможна роль гормона роста и, вероятно, каких-то других гипофизарных гормонов.
Мы не обсуждаем здесь эффектов гипогликемии, обусловленной гиперинсулинизмом, так как, строго говоря, это не служит проявлением гормональных влияний на мозг.
Отмечены поведенческие нарушения, связанные и с менструальным циклом. Часто описывают синдром предменструального напряжения, который по разному проявляется у разных людей (например, головная боль, депрессия, тошнота и/или раздражительность). Пока не предпринималось попыток установить корреляцию этих симптомов с концентрацией прогестерона. Исследование колебаний либидо на протяжении менструального цикла дают непостоянные и мало надежные результаты. Показано, что уровень моноаминоксидазы (МАО) в плазме в фолликулярную фазу менструального цикла снижается. Предполагается (но не доказано), что это может находиться в обратной зависимости от ритмических изменений уровня катехоламинов в мозге. Высокая активность МАО сопровождает и депрессию. Все еще отсутствуют данные о характере влияния стероидов на уровень или активность МАО; в этом отношении можно строить только догадки.
ВЛИЯНИЕ ГОРМОНОВ НА ПОЛОВОЙ ДИМОРФИЗМ МОЗГА
Как и в отношении грызунов, так и в отношении человека существуют данные, указывающие на то, что пренатальное (человек) или неонатальное (крыса) воздействие андрогенов определяет половые различия в организации мозга. Неонатальное воздействие андрогенов у крыс (эндогенное у самцов, экзогенное у самок) приводит к формированию ациклической (по мужскому типу) секреции гипофизарных гонадотропинов и мужского полового поведения. Самки или самцы, получившие в неонатальном периоде эстрогены, проявляют женское половое поведение и женский характер секреции гормонов (последнее особенно справедливо, если эстрогены вводят кастрированным новорожденным самцам). Для этих эффектов существует критический период, поскольку они не наблюдаются, если гормоны вводят в постнатальном возрасте [53].
В отношении основы этих нарушений и ответственных за них гормональных факторов возникает ряд вопросов. Половой диморфизм установлен как с помощью нейроморфологических (у самцов крыс на дендритах преоптической области имеется меньше неамигдалоидных синапсов, чем у самок), так и нейрофизиологических методов исследования (электрофизиологические исследования свидетельствуют о том, что у интактных самцов синаптическими связями с миндалиной обладает больше клеток, проецирующихся на медиобазальный гипоталамус, чем у самок или у самцов, кастрированных в неонатальный период; у последних частота разрядов других нейронов выше, чем у интактных самцов).
Существуют значительные противоречия по вопросу о том, какой гормон определяет эффекты неонатальной андрогенизации [54]. Эти эффекты не наблюдаются при введении дигидротестостерона, который не подвергается ароматизации, но четко проявляются при введении андрогенов, ароматизирующихся в организме, а также при введении бета-эстрадиола. У крыс, получавших тестостерон вместе с антагонистами эстрогенов, синдром неонатальной андрогенизации не проявляется. Ткань головного мозга обладает способностью ароматизировать андрогены и считают, что эффекты андрогенов обусловлены их превращением в мозге, поскольку высокий уровень а-фетопротеина в неонатальном периоде связывает эстрогены матери и плода, что препятствует возможности их взаимодействия с рецепторами мозга. Хотя в этом отношении могут встретиться некоторые противоречия, однако очевидно, что окончательное решение вопроса о том, обусловливается ли половая дифференцировка мозга действием андрогенов или эстрогенов, зависит от выявления и расшифровки природы гормонсвязывающих белков мозга в неонатальном периоде [55, 56]. В мозге новорожденных обнаружены цитозольные белки, связывающие как эстрогены, так и андрогены. Однако транслокация таких эстрогеновых «рецепторов» в ядро происходит в мозге новорожденных самцов и самок, получивших тестостерон, но не в мозге интактных самок и кастрированных самцов. Кроме того, феноксибензамин может предотвращать маскулинизирующее действие тестостерона, и введение прогестерона в неонатальном периоде препятствует проявлению андрогенизирующих влияний как тестостерона, так и эстрогенов. Возможные взаимодействия моноаминов, гормональных эффектов на моноамины и концентрации и/или сродства рецепторов остаются не до конца изученными.
У человека трудно наблюдать такие ранние гормональные эффекты. Наиболее подходящими для этой цели являются больные с врожденной гиперплазией надпочечников. Другую группу составляют лица, чьи матери для сохранения беременности получали перорально прогестины. В обеих этих группах девочки чаще проявляют черты «мужского» поведения, чем девочки из контрольных групп, и лица обеих групп имеют существенно более высокий «коэффициент интеллектуальности» (КИ), чем население в среднем. Однако если членов этих групп сравнивать с сиблингами, не подвергавшимися внутриутробно дополнительным гормональным воздействиям, то оказывается, что все члены семей больных с адреногенитальным синдромом обнаруживают КИ выше ожидаемого. Эта оговорка не относится к лицам, маскулинизированным под влиянием синтетических препаратов прогестерона [57]. При последующем более обширном исследовании были получены результаты, не подтвердившие утверждение о том, что избыток андрогенов оказывает положительное влияние на КИ [58].
Больные женского пола с врожденной гиперплазией надпочечников (после лечения), равно как и самки приматов, получавшие в перинатальном периоде андрогены, могут обнаруживать циклическую секрецию гонадотропинов и женское половое поведение. Имеются также ограниченные данные в отношении приматов и человека, указывающие на половые различия в организации мозга, проявляющиеся в поведенческих тестах [59, 60].
ЭПИФИЗ
Эпифиз образуется в виде нейроэпителиального выпячивания, выбухающего из крыши промежуточного мозга. У человека эпифиз содержит клетки двух типов: пинеалоциты, имеющие нейроэпителиальное происхождение и утратившие свою фоторецепторную функцию, которая присутствует у низших позвоночных, и модифицированные глиальные клетки. Цитоплазматические отростки пинеалоцитов оканчиваются в периваскулярных пространствах. Эпифиз тесно контактирует со спинномозговой жидкостью (СМЖ) водопровода мозга. Секретирует ли эпифиз свои продукты в СМЖ — неизвестно. Присутствие эпифизарных гормонов (см. далее) в плазме и моче, а также в тканях, лишенных ферментов ых синтеза, объясняют секрецией продуктов эпифиза в кровь.
СИНТЕЗ ЭПИФИЗАРНЫХ ПРОДУКТОВ
Иннервация эпифиза обладает некоторыми уникальными особенностями. Она почти целиком представлена автономными постганглионарными волокнами, берущими начало в верхнем шейном ганглии. Эти волокна образуют синапсы на паренхиматозных клетках эпифиза. Считается, что афферентные волокна к верхнему шейному ганглию берут начало либо из нижнего акцессорного зрительного тракта, либо из системы ретиногипоталамических связей. В симпатических нервных окончаниях эпифиза присутствует норадреналин, а, кроме того, как в этих окончаниях, так и в пинеалоцитах, обнаружен серотонин. Он служит предшественником одного из эпифизарных «гормонов» мелатонина. Пинеалоциты захватывают триптофан, превращая его в 5-окситриптофан и затем в серотонин. Превращение серотонина в мелатонин требует двух ферментативных этапов; на первом из них участвует серотонин-N-ацетилтрансфераза, которая превращает серотонин в N-ацетил-серотонин, а на втором — оксииндол-О-метилтрансфераза (ОИОМТ), которая переносит метильную группу на N-ацетилсеротонин, образуя мелатонин. Активность ОИОМТ сконцентрирована в основном в эпифизе, хотя ее присутствие обнаружено и в других органах, таких, как сетчатка и гардерианова железа — небольшое образование в глазнице человека.
Концентрация серотонина, мелатонина, серотонин-N-ацетилтрансферазы и ОИОМТ в эпифизе подвержена циркадным колебаниям. У крыс максимальный уровень серотонина и обоих ферментов достигается в светлое дневное время и резко снижается вскоре после наступления темноты, когда концентрация мелатонина, низкая в светлое время суток, начинает повышаться [61].
Связь освещения, симпатической нервной системы и эпифизарных индолов и гормонов представлена на рис. 6—9 [62]. Отсутствие света (темнота) повышает постганглионарную симпатическую активность и тем самым высвобождает норадреналин из окончаний на эпифизарных клетках. Возникающая при этом активация аденилатциклазы пинеалоцитов приводит к повышению активности триптофангидроксилазы (превращающей триптофан в 5-окситриптофан), серотонин-М-ацетилтрансферазы и ОИОМТ, что обусловливает снижение концентрации серотонина и увеличение концентрации мелатонина. При воздействии света наблюдается противоположный эффект. Как показано на рисунке, другие воздействия, активирующие симпатическую нервную систему, могут преодолевать ингибирующее влияние освещения. Инсулиновая гипогликемия или иммобилизационный стресс приводят к повышению активности ферментов эпифиза.
Циркадные колебания концентрации мелатонина в плазме и моче отражают колебания его содержания в эпифизе. Интересно, что как у крыс, которые являются ночными животными, так и у человека, организм которого активен преимущественно днем, максимального значения концентрация мелатонина достигает в темное время суток. У эпифизэктомированных крыс концентрация мелатонина в плазме и моче резко снижается, но все еще поддается определению; при этом суточные колебания этих концентраций исчезают. Уровень мелатонина может зависеть и от фазы менструального цикла, будучи наибольшим в период менструаций и наименьшим в период максимального выброса ЛГ.
Описаны и другие эпифизарные гормоны, кроме мелатонина-К ним относятся другие метоксииндолы, аргинин-вазотоцин и, возможно, ГнРГ, ТРГ и ренин. Следует отметить, что синтез этих соединений в эпифизе еще не доказан. Вполне может быть, что существуют и дополнительные эпифизарные гормоны, определяющие некоторые непонятные эффекты эпифизэктомии и экстрактов эпифиза на эндокринную функцию
Эпифизэктомия у экспериментальных животных приводит к появлению признаков стимуляции системы гипофиз—половые железы как у самок, так и у самцов,
Рис. 6—9. Диаграмма факторов, контролирующих секрецию эпифизарного гормона и поступление его (или их) к органам-мишеням. Главным входным фактором, контролирующим синтез мелатонина в эпифизе, является норадреналин, высвобождаемый постганглионарными симпатическими нервами (3А, 4А). Высвобождение норадреналина тормозится в условиях освещения (влияние света передается через сетчатку и акцессорный зрительный тракт) и может увеличиваться при стрессе (1В), вызывающем генерализованную активацию симпатоадреналовой системы; последнее влияет на эпифиз и через высвобождаемый в кровь адреналин (3В, 4В). В отсутствие циклических изменений освещенности окружающей среды (например, при длительном содержании животных в темноте) синтез и секреция мелатонина сохраняют циркадную ритмичность, что требует интактности симпатических нервов эпифиза (3А, 4А): следовательно, состояние симпатических нервов может определяться и другими входными циклическими посылками (1С), имеющими, вероятно, эндогенное происхождение (т. е. возникающими в головном мозге). Высвобождаемые норадреналин и адреналин действуют черезадренергические рецепторы на поверхности эпифизарных клеток (4А, 4В), активируя аденилатциклазу и повышая тем самым уровень цАМФ в эпифизе; это вещество может опосредовать симпатический нервный контроль ферментов, катализирующих биосинтез мелатонина. Препараты, прямо или опосредованно активирующие рецепторы норадреналина (например, L-ДОФА), .также могут ускорять биосинтез мелатонина. Кроме того, его продукция может изменяться под влиянием эстрогенов и близких стероидных гормонов, механизм действия которых не до конца ясен.
Считается, что кроме мелатонина гормональной активностью обладают еще две группы эпифизарных продуктов: другие метоксииндолы, такие, как 5-метокситриптофол, и пептиды, такие, как 8-аргининвазотоцин. О регуляции синтеза пептидов эпифиза ничего не известно.
У человека и теленка концентрация мелатонина в спинномозговой жидкости (СМЖ) выше, чем одновременное содержание его в крови; следовательно, гормон может секретироваться прямо в СМЖ, а не в кровоток. Главный объект его действия расположен в головном мозге (10А. 10В), но он может непосредственно влиять также на гипофиз и другие периферические органы (11В). У всех до сих пор изученных видов уровни мелатонина в СМЖ. крови и моче обнаруживают параллельные суточные колебания с максимумом в темные часы. ("Wurtinan R. «Г., Mosko-witz M. A., The pineal organ. — N. Engl. J. Med., 1977, 296, 1329).
Эпифизэктомия в препубертатном возрасте приводит к преждевременному половому созреванию, а в гипофизе эпифизэктомированных животных обнаружено повышение количества ЛГ и ФСГ. У таких животных отмечалось и увеличение массы щитовидной железы, захвата 131I и секреции тиреоидных гормонов, а также появление признаков активации коры надпочечников, что проявлялось увеличением их массы и ускорением секреции гормонов (альдостерона, кортикостерона). Введение мелатонина купирует многие, но не все эти эффекты.
Острое внутрижелудочковое введение мелатонина крысам снижает концентрацию кортикостерона в крови, а инъекция вазотоцина в III желудочек мозга кошек тормозит выделение кортикотропин-рилизинг фактора, предположительно, серотонинергическиу механизмом.
Место приложения действия мелатонина, определяющее его эффекты, изучалось в основном в половой сфере. Мелатонин тормозит реакцию гипофизарного ЛГ на ГнРГ как in vivo, так и in vitro. Считают, что он подавляет функцию половых желез, действуя на ГнРГ в ЦНС. Показано, что внутрибрюшинное введение мелатонина повышает концентрацию серотонина в мозге, причем установлено также поглощение мелатонина ЦНС. Неясно, является ли это физиологическим или фармакологическим эффектом. К другим доказательствам влияния мелатонина на ЦНС относятся данные о том, что у кошек он вызывает характерные для определенных стадий сна сдвиги на ЭЭГ, причем сообщалось, что у кошек и человека он оказывает седативное действие и иногда даже вызывает сон. Мелатонин обнаружен в СМЖ, где его концентрация в равнозначных условиях превышает таковую в периферической крови. Это указывает (хотя и не доказывает) на возможность секреции мелатонина эпифизом непосредственно в СМЖ.
В определенных условиях у животных некоторых видов наблюдали и стимулирующее половые железы действие мелатонина. Роль мелатонина в регуляции функции половых желез у человека изучена недостаточно. Не следует считать, будто все эффекты эпифизэктомии опосредуются выпадением секреции мелатонина, поскольку, как уже отмечалось, в эпифизе присутствуют другие вещества, которые могут обладать свойствами гормонов.
ЭНДОКРИННЫЕ РИТМЫ И НЕЙРОЭНДОКРИННАЯ ФУНКЦИЯ
К настоящему времени стало очевидным, что у представителей всех ступеней эволюционной лестницы существуют ритмические изменения многих компонентов организма. Генез, взаимоотношения и биологическое значение таких ритмов служат предметом предположений. Частотные характеристики этих ритмов широко варьируют. В основном они подразделяются на суточные, сезонные и годичные. Ритмы, имеющие приблизительно 24-часовую периодичность, называются циркадными. Ультрациркадными называют ритмы с периодами менее 24 ч, а инфрациркадными — с периодами, превышающими 24 ч. Считается, что эти ритмы могут быть либо эндогенными (возникающими внутри организма), либо экзогенными (зависящими от ритмических изменений окружающей среды). Некоторые эндогенные ритмы могут быть синхронными периодическим колебаниям влияний внешней среды («синхронизаторы»). Такие «синхронизаторы» могут быть связаны с приливами и отливами, изменениями дневной и ночной освещенности или фазами луны. Циркадные ритмы проявляются при «синхронизаторах» с 24-часовой периодичностью. Если организм экранировать от соответствующих колебаний среды, то его эндогенные ритмы приобретают тенденцию к разбалансировке, т. е. их периодичность может отклоняться от периодичности изменений среды, определяющих 24-часовой ритм, почти на 3 ч.
Среди компонентов организма человека, подвергающихся периодическим изменениям, наиболее исследована именно эндокринная система. Хотя имеются доказательства периодичности функционирования на клеточном и органном уровне, но существует много данных об иерархии ритмов, причем показано, что ритмы могут «запускаться» и поддерживаться ЦНС через недостаточно выясненные анатомические и биологические пути. Циркадная периодичность нервной функции показана на клетках изолированных ганглиев; установлены также циркадные ритмы в реакции на сенсорные воздействия, равно как и в реакции определенных нейронов на метаболические стимулы. Собственная циркадная периодичность активности нейрональных клеток может совпадать с таковой других клеток тела. Однако в силу присущей им иерархической роли, нейроны модулируют более древние колебательные функции. Вполне может быть, что у животных разных видов ритмическую деятельность определяют разные области нервной системы. Хотя у воробьев эпифизэктомия приводит к исчезновению ритма локомоторной активности, у крыс этого не происходит. Считается, что эпифиз может выступать в роли нейроэндокринного датчика, реагирующего на световой сигнал секрецией группы гормонов, которые влияют затем на другие центры, медиирующие или синхронизирующие другие биологические ритмы. Где находятся эти центры — область предположений.
В качестве «главных часов» для многих ритмов организма могло бы выступать супрахиазматическое ядро. Повреждение .этой области снимает у крыс циркадную ритмичность двигательной активности и питьевого поведения, цикличность эструса и циркадную периодичность концентрации кортикостероидов в плазме. Наиболее веские доказательства контроля со стороны ЦНС за циркадными эндокринными ритмами имеются в отношении гипофизарно-адреналовой системы. Установлена нейротрансмиттерная регуляция секреции АКТГ. Деафферентация гипоталамуса, повреждение супрахиазматического ядра (как уже отмечалось) или введение средств, предположительно меняющих содержание нейротрансмиттеров в ЦНС, приводит у животных к прекращению циркадных колебаний концентрации в плазме как АКТГ, так и кортикостероидов. Содержание центральных нейротрансмиттеров, участвующих в регуляции секреции АКТГ, само подвержено циркадным колебаниям. Больные с поражением гипоталамо-лимбической области обнаруживают нарушенную периодичность концентрации кортикостероидов в плазме.
Гипофизарно-адреналовой системе присуща эндогенная периодичность функционирования. Современные данные указывают на то, что синхронизация этой периодичности с циркадным ритмом осуществляется с помощью механизмов, принимающих участие в формировании цикла сон—бодрствование, а не свет—темнота и, вероятно, также с помощью механизмов формирования пищевого цикла. Фазовые сдвиги ритма функционирования надпочечников возникают не тотчас же после фазовых сдвигов в циклах свет— темнота или сон—бодрствование. Разрыв во времени синхронизации этих ритмов варьирует, но обычно составляет приблизительно 7 сут. Это отличается от того, что наблюдается в отношении других гормональных циркадных ритмов, таких, как ритм секреции гормона роста, пролактина и пубертатного выброса Л Г, которые связаны со сном. Максимальный уровень каждого из этих гормонов достигается через свой собственный промежуток Бремени после наступления сна. Сдвиг времени сна немедленно сдвигает и время регистрации максимальной концентрации этих гормонов, причем временной промежуток между наступлением сна и появлением пикового значения концентрации каждого из них сохраняется. Как уже отмечалось, концентрация ЛГ характеризуется циркадной периодичностью только в пубертатный период. Отсутствуют доказательства существования циркадного ритма уровня ЛГ в плазме ни до этого периода, ни у взрослых. Несмотря на это, однако, надежно установлено, что у мужчин имеется циркадный ритм уровня тестостерона в плазме, характеризующийся, правда, низким размахом колебаний; существование такого ритма в отношении секреции половых гормонов у женщин не показано. На рис. 6—10 изображена периодичность колебаний содержания в плазме 9 гормонов. Остается выяснить, действительно ли существуют эндокринные ритмы только двух типов — циркадные и зависящие исключительно от сна, или между этими двумя крайностями имеются постепенные переходы.
Рис. 6—10. Циркадные ритмы содержания нескольких гормонов в плазме человека. Заштрихованные области — примерное время сна. а — средние показатели для указанного числа наблюдений (р) при отборе проб не реже, чем с часовыми интервалами; б — средние индивидуальные показатели у разных лиц (Krieger D. Т., Aschoff J., Biological rhythms. — In: De Groot et al. (eds.). Textbook of Endocrinology. — New York, Grune a. Strattam, 1979).
Наиболее отчетливым инфрациркадным ритмом у человека является менструальный цикл. У женщин описана также циркадная периодичность поведения, сенсорных восприятии и сексуальной восприимчивости, что указывает на связь этой периодичности с характером колебаний гормональной секреции.
Помимо циркадной ритмичности эндокринных функций в отношении них отмечен и ультрациркадный ритм. Существует, по-видимому, приблизительно 90-минутный цикл в отношении фазы быстрого движения глаз на ЭЭГ, регистрируемой в период сна, а также двигательной и жевательной активности. Сходные колебания могут наблюдаться и в отношении так называемой эпизодической секреции гормонов. Пока отсутствуют убедительные доказательства периодичности такой эпизодической секреции и все еще не исключена возможность, что она имеет случайное распределение. В отношении ЛГ, по-видимому, все же существует ритмический процесс, определяющий эти колебания, со средним интервалом между эпизодами примерно в 150 мин. Описана и эпизодическая секреция кортикостероидов; в одном случае наблюдалась корреляция между соответствующими эпизодами и сроками приема пищи на протяжении дня. Физиологическая основа и значение такой эпизодической секреции по большей части неизвестны. Неизвестно также, имеет ли эта периодичность нервный или гипофизарный генез. У 3 из 5 овариэктомированных обезьян, у которых перерезали ножку гипофиза и в воротную вену гипофиза с постоянной скоростью вводили ГнРГ, наблюдались признаки эпизодической секреции ЛГ.
Одной из отличительных особенностей некоторых эндокринных заболеваний является отсутствие нормальной периодичности секреции гормонов. Это справедливо в отношении АКТГ и кортизола при болезни и синдроме Кушинга и для концентрации гормона роста в плазме при акромегалии. Такие наблюдения наряду с другими признаками нарушения регуляции гормональной секреции со стороны ЦНС при этих заболеваниях позволили предположить, что в основе их возникновения (и развития в конечном счете гиперплазии или даже аденоматоза) лежат функциональные сдвиги в ЦНС, связанные, вероятно, с изменением действия или содержания нейротрансмиттеров. При синдроме Штейна—Левенталя наблюдается стабильно высокий уровень ЛГ с отсутствием его максимального повышения в середине лютеальной фазы и ановуляцией, что напоминает состояние неонатально андрогенизированных крыс-самок. Считается, что в основе этого заболевания лежит «маскулинизация» гипоталамуса, приводящая к постоянной, а не циклической секреции ЛГ.
Более глубокое понимание основы таких гормональных ритмов могло бы создать предпосылки к успешной нейрофармакологической терапии соответствующих заболеваний, характеризующихся нарушением ритмичности секреции гормонов.