Глава 6

Гормональная регуляция мышечной деятельности

Т

Во время физической нагрузки в организме че­ловека происходит множество физиологических изменений. Повышается интенсивность исполь­зования энергии. Промежуточные продукты ме­таболизма, которые должны выводиться из орга­низма, часто начинают накапливаться. Вода пе­ремещается между компартментами клетки и выводится с потом. Даже в состоянии покоя внут­ренняя среда организма находится в состоянии постоянного изменения, которое при физической нагрузке может превратиться в хаотичное.

Мы знаем, что жизнедеятельность зависит от сохранения гомеостаза. Чем значительнее нагруз­ка, тем труднее поддержать гомеостаз. Основную регулирующую работу во время выполнения фи­зической нагрузки берет на себя нервная систе­ма. Однако не менее активное участие принимает и другая система, которая постоянно следит за состоянием внутренней среды, замечая все изме­нения и быстро реагируя на них, чтобы не допу­стить резкого нарушения гомеостаза. Это — эн­докринная система, осуществляющая контроль с помощью выделяемых ею гормонов. В этой главе мы изучим роль эндокринной системы в обеспе­чении мышечной деятельности, а также сохране­нии гомеостаза даже в условиях сплошного хаоса во внутренней среде организма.

В 1972 г. я () убедил своего соав­тора (Дж. Уиллмора) бегать по 16 км (10 миль) в день пять дней подряд. Следует сказать, что наши пробежки проходили в довольно жаркое лето (30 — 35°С, или 86 — 95°Ф), стоявшее в тот год в Деви-се, штат Калифорния. Ежедневно мы теряли с потом 3 — 4 кг (6,6 — 8,8 фунтов) воды, что при­водило к определенному обезвоживанию и пере­греванию организма. Тем не менее ежедневные пробы крови показывали снижение уровней ге­моглобина и гематокрита (процент крови, состо­ящей из эритроцитов) в нашем организме. Изо­топный анализ проб нашей крови показал, что содержание гемоглобина и эритроцитов не умень­шалось, просто увеличивался объем плазмы кро­ви. Оказалось, что наш организм пытался ком­пенсировать отрицательное воздействие ежеднев­

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

ного обезвоживания, задерживая воду и тем са­мым сводя к минимуму уменьшение объема плаз­мы вследствие столь значительного потоотделе­ния. Но откуда наш организм узнал, что необхо­димо увеличивать объем плазмы? Чем была обусловлена задержка воды в нем? В настоящее время мы знаем, что по меньшей мере три гормо­на — альдостерон, ренин и антидиуретический гормон — выполняют функцию поддержания оп­тимального уровня плазмы, тем самым ограни­чивая вероятность обезвоживания организма.

Мышечная деятельность основана на коорди­нированном взаимодействии многих физиологи­ческих и биохимических систем. Это взаимодей­ствие возможно только в том случае, если раз­личные ткани и системы организма могут поддер­живать между собой связь. Хотя в процессе обес­печения связи между различными системами и тканями организма огромную роль играет нервная система, "настройку" физиологических реакций организма на любое нарушение его равновесия осуществляет эндокринная система. Обе эти сис­темы совместно обеспечивают взаимодействие и контроль движений, а также все имеющие к нему отношение физиологические процессы. Нервная система функционирует очень быстро, оказывая непродолжительные локальные воздействия, тог­да как эндокринная система функционирует на­много медленнее и оказывает более продолжи­тельные и более общие воздействия.

Эндокринная система включает все ткани и железы, секретирующие гормоны. Основные же­лезы внутренней секреции показаны на рис. 6.1. Они секретируют гормоны непосредственно в кровь. Гормоны действуют подобно химическим сигналам по всему организму. Они выделяются эндокринными клетками и транспортируются кровью в специальные клетки-мишени. До тех пор пока они не достигнут места своего предназначе­ния, они не могут контролировать активность ткани-мишени. Характерной чертой гормонов является то, что они перемещаются от клеток, из которых они выделились, и влияют на активность других клеток и органов. Одни гормоны действу-

112


Гипоталамус

ХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ

Гормоны можно разделить на два основных типа: стероидные и нестероидные. Химическая структура первых напоминает структуру холесте­рина и большинство этих гормонов являются его производными. Поэтому они растворяются в ли-

8 .-из 113

Рис. 6.1. Расположение основных эндокринных органов

-только на опреде-

ют на многие ткани, другие ленные клетки-мишени.

ПРИРОДА ГОРМОНОВ

Гормоны участвуют в большинстве физиоло­гических процессов, поэтому их действие имеет большое значение для многих аспектов мышеч­ной и спортивной деятельности. Прежде чем при­ступить к изучению функций гормонов, рассмот­рим их сущность. Далее мы рассмотрим химичес­кую природу гормонов и общие механизмы их действия.

пидах и довольно легко диффундируют через кле­точные мембраны. К этой группе относятся гор­моны, экскретируемые

• корковым веществом надпочечника (такие, как кортизол и альдостерон);

• яичниками (эстроген и прогестерон);

• яичками (тестостерон);

• плацентой (эстроген и прогестерон). Нестероидные гормоны не являются жирора­створимыми, поэтому они не могут легко пересе­кать клеточные оболочки. Группу нестероидных гормонов можно разделить на два класса: белко­вые, или пептидные, гормоны и производные аминокислот. К последнему классу относятся два гормона щитовидной железы (тироксин и три-йодтиронин) и два гормона мозгового вещества надпочечников (адреналин и норадреналин). Ос­тальные нестероидные гормоны относятся к классу белковых, или пептидных, гормонов.

ФУНКЦИИ ГОРМОНОВ

Поскольку гормоны перемещаются с кровью, они вступают в контакт практически со всеми тканями тела. Почему же тогда их действие огра­ничено определенными клетками-мишенями? Оно обусловлено наличием специальных рецепторов в тканях-мишенях. Взаимодействие гормона и его определенного рецептора сравнивают с принци­пом взаимодействия замка (рецептора) и ключа (гормона), когда лишь подходящим ключом мож­но открыть соответствующий замок. Взаимодей­ствие гормона и его рецептора называют комп­лексом гормона-рецептора.

Каждая клетка содержит от 2 000 до 10 000 рецепторов. Рецепторы нестероидных гормонов располагаются на оболочке клетки, тогда как ре­цепторы стероидных гормонов находятся в ее ци­топлазме либо ядре. Каждый гормон характери­зуется высокой степенью специфичности по от­ношению к данному типу рецепторов и связывается только с определенными (специфич­ными) рецепторами, воздействуя, таким образом, только на ткани, содержащие эти рецепторы.

Многочисленные механизмы позволяют гор­монам контролировать действия клеток. Рассмот­рим основные способы действия стероидных и нестероидных гормонов.

Стероидные гормоны

Как уже указывалось, стероидные гормоны являются липидорастворимыми и легко проходят через клеточную оболочку. Механизм их действия показан на рис. 6.2. Находясь внутри клетки, сте-роидный гормон связывается со специфичными для него рецепторами. Образовавшийся комплекс гормон — рецептор проникает в ядро и связыва­ется с частью ДНК клетки, активируя определен­ные гены. Этот процесс называется непосред-


Стероидный гормон проникает в клетку Клеточная мембрана

мРНК обеспечивает белковый синтез в цитоплазме

Гормон привязывается кК специфичному рецептору в цитоплазме или ядре

Ядро

мРНК "покидает" ядро


Комплекс гормон—рецептор активирует ДНК клетки, образующую мРНК


Рис. 6.2. Механизм действия стероидного гормона, приводящий к непосредственной активации генов

ственной активацией генов. В ответ на нее в яд­рах происходит синтез мРНК. Затем мРНК по­ступает в цитоплазму и обеспечивает белковый синтез. Эти белки могут быть

• ферментами, оказывающими многочислен­ные воздействия на клеточные процессы;

• структурными белками, которые использу­ются для роста и восстановления тканей;

• регуляторными белками, способными изме­нить функцию ферментов.

Нестероидные гормоны

Поскольку эти гормоны не могут легко прохо­дить через клеточную оболочку, они вступают во взаимодействие с определенными рецепторами вне клетки, на ее оболочке. Молекула нестероидного гормона, прикрепляясь к своему рецептору, вы­

зывает серию ферментных реакций, которые при­водят к образованию второго внутриклеточного переносчика ("курьера"). Наиболее хорошо изу­ченным и распространенным вторым "курьером" является циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Этот механизм показан на рис. 6.3. В данном случае прикрепление гормона к соот­ветствующему рецептору на оболочке активирует фермент аденилатциклазу, находящийся на обо­лочке. Он катализирует образование цАМФ из клеточного АТФ. Образовавшийся цАМФ может затем вызвать определенные физиологические реакции, включая:

• активацию клеточных ферментов;

• изменение проницаемости оболочки;

• обеспечение белкового синтеза;

• изменение клеточного метаболизма;

• стимулирование клеточных выделений.


Нестероидные гормоны не могут проходить через клеточную мембрану

Гормон привязывается к специфичному рецептору на клеточной мембране

Комплекс гормон—рецеп тор активирует аденилат циклазу в клетке

Клеточная мембрана

Адемилатциклаза образует цАМФ

цАМФ активирует протеинкиназы (ферменты), что приводит к клеточным изменениям и гормональным эффектам



Рис. 6.3. Механизм действия нестероидного гормона с использованием

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6