Endokrinní systém je vývojově nejstarším regulačním systémem. Když se organismy vyvinuly z jednobuněčných k mnoha-buněčným, přestala stačit prostá difuze k regulaci pochodů buňky. Postupně se vyvinul systém, který své působky uvolňuje do krve, aby se dostávaly i ke vzdáleným cílům. Tyto látky (hormony) regulují téměř všechny funkce organismu od metabolismu, růstu a vývoje po homeostázu, adaptační změny, reprodukci a chování.
5.1 Chemické složení hormonů
Jednotlivé hormony mají různé chemické složení, které zásadním způsobem ovlivňuje jejich transport krví i mechanismus signalizace. Proto se hormony dělí podle své chemické struktury.
- Proteinové, peptidové a aminokyselinové hormony tvoří většinu. Jsou produkovány hlavně v hypotalamu, hypofýze, příštítných tělískách, thymu a Langerhansových ostrůvcích a ukládány do zásoby v intracelulárních váčcích (vezikulách). Hormony této chemické povahy nejsou rozpustné v tucích, tedy ani v buněčné membráně, a proto mají-li aktivovat proteosyntézu v buněčném jádře (což je podkladem jejich účinku), musí mít na povrchu cílových buněk receptor a v buňce mechanismus, který informaci přenese do jádra. Transportovány jsou volně, bez vazby na transportní bílkoviny.
Tyto hormony po vazbě na receptor aktivují enzym přímo v membráně (např. inzulin) nebo aktivují G-protein, který sekundárně otevře iontový kanál, případně aktivuje intracelulární enzym a spouští kaskádu nitrobuněčných dějů.
| Příklad: navázání hormonu na receptor vede ke konformační změně G proteinu a tím k aktivaci intracelulárního enzymu adenylátcyklázy. Vzniká cAMP, který se stává „druhým poslem“ (second messenger) a předává dovnitř buňky „vzkaz“, že se na receptor navázal specifický hormon. Tím aktivuje další kaskádu enzymů, které spustí proteosyntézu v jádře. V buňkách je systém „druhého posla“ oblíbený. Druzí poslové jsou malé, neproteinové, ve vodě rozpustné molekuly. Jsou součástí dráhy přenosu signálu. Druhým poslem se může být cAMP (cyklický adenosin monofosfát), cGMP (cyklický guanozinmonofosfát), ionty vápníku nebo hořčíku či katabolity fosfolipidů z membrán. Jeden hormon může aktivovat vazbou na různé receptory jiné druhé posly, a tak má v odlišných tkáních různé účinky. |
Hormony – které jsou chemickou strukturou deriváty aminokyselin, otevírají přímo po vazbě na receptor spřažený iontový kanál (acetylcholin, adrenalin, noradrenalin).
- Steroidní hormony jsou deriváty cholesterolu, proto jsou rozpustné v tucích, a mohou procházet membránou. Nejsou tvořeny do zásoby, při potřebě jsou vždy nově produkovány. Transportovány jsou ve vazbě na bílkovinu albumin. Steroidy mají receptor přímo v cytoplazmě buňky. Po navázání na něj je celý komplex transportován do jádra, kde aktivuje děje vedoucí k proteosyntéze. Příkladem jsou pohlavní hormony, aldosteron a kortizol.
- Hormony štítné žlázy jsou sice chemickou strukturou aminokyseliny, ale vazba s jodem jim dává schopnost prostupovat buněčnou membránou. Transportovány jsou vždy ve vazbě na bílkovinu (albumin nebo specifický transportér) a receptor pro ně je uložený přímo v jádře buněk. Proteosyntézu tak mohou spouštět přímo.
5.2 Řízení činnosti endokrinních žláz
Základním principem endokrinní regulace je zpětná vazba. Zpětná vazba je termín přejatý z techniky a v našem případě znamená vliv produkované látky na produkující systém.
Zpětná vazba: hladina hormonu v krvi nebo změna, kterou vyvolal, mění intenzitu jeho další sekrece
Ve fyziologii jde nejčastěji o negativní zpětnou vazbu, což znamená, že zvýšená hladina hormonu v krvi nebo velká, hormonem vyvolaná změna, sníží další sekreci hormonu. Naopak nedostatek hormonu nebo nedostatečná změna v krvi vyvolají zvýšenou produkci hormonu.
Nejjednodušším typem negativní zpětné vazby je jednoduchá zpětná vazba. Produkce hormonu je v tomto případě regulována změnou v chemickém složení krve vyvolanou hormonem.
Jednoduchá zpětná vazba: Příkladem tohoto typu regulace je glykémie řízená inzulinem a glukagonem (hormony pankreatu) a kalcémie řízená kalcitoninem (parafolikulární buňky štítné žlázy) a parathormonem (příštítná tělíska). S určitou rezervou se sem dá zařadit i hladina sodíku v krvi (natrémie) řízená aldosteronem (hormonem kůry nadledvin).
Vyšším typem negativní zpětné vazby je složitá zpětná vazba, kdy je produkce hormonu regulována koncentrací hormonu v periferní krvi. Uplatňuje se hlavně u hormonů, které jsou ovlivňovány nadřazenou endokrinní žlázou.
Složitá zpětná vazba: Jako příklad je možno uvést hormony štítné žlázy (regulace z adenohypofýzy pomocí TSH).
Složitá zpětná vazba je součástí nejsložitější zpětné vazby, zvané komplexní (složená), která řídí adenohypofýzu regulačními hormony z hypotalamu.
Komplexní (složená) zpětná vazba: Příkladem může být opět řízení sekrece štítné žlázy s regulací na všech úrovních. Do tohoto typu řízení se promítají i vlivy CNS.
Ve fyziologii se však uplatňuje i pozitivní zpětná vazba. Zvýšená sekrece hormonů zvětší vyvolané změny, a tím se dále zvětšují změny vyvolané hormonem. Tento systém však vede k nerovnováze – není možné do nekonečna zvyšovat sekreci a účinky hormonu. Pozitivní zpětná vazba vede nakonec ke kvalitativní změně řízeného systému a je časově omezená.
| Příklad: Na konci těhotenství se začne děloha působením hormonů stahovat a tím vyvolá sekreci oxytocinu. Oxytocin zvýší stahy dělohy a zvětšené stahy dále zvyšují sekreci oxytocinu. Tento „začarovaný kruh“ vede ke kvalitativní změně – porodu. Podobným mechanizmem je řízena i ovulace. |
Osud komplexu hormon – receptor
Normální funkce endokrinního systému závisí i na tom, jestli aktivace „druhého posla“ je pouze přechodný jev. Jinak dochází k patologicky zvýšené stimulaci. Proti tomu se může buňka bránit další negativní regulací účinku hormonu – tzv. internalizací receptorů. Po navázání hormonu na receptor v membráně buňky se komplex dostane endocytózou do buňky a vytvoří receptozom. Konec receptozomu bývá různý: buď se spojí s lyzozomem a pak dojde k destrukci obsahu, nebo je receptor recyklován novým spojením receptozomu s membránou.
| Tento mechanismus pomáhá udržet normální regulaci především v situaci zvýšené sekrece hormonu (např. zvýšená produkce inzulínu zvýší počet inzulínem obsazených receptorů. Dojde k down-regulaci. Obsazený receptor se ponoří do buňky a vyčkává na další informace. Pokud se sekrece inzulínu sníží, receptor se zase vynoří a zmnoží počet receptorů na povrchu buňky, aby zvýšil účinek hormonu.) Tento mechanismus je obecně principem vzniku závislostí a potřeby zvyšovat dávku léku nebo drogy. |
5.2.1 Další mechanismy ovlivňující hladinu a účinek hormonů
Kromě produkce může funkci hormonů ovlivnit také skladování, rytmus sekrece, možnosti transportu, rychlost inaktivace, přítomnost protilátek (proti hormonům nebo receptorům) nebo antagonistů hormonů. Velice důležitý je také počet a citlivost receptorů a přítomnost enzymu, který je v periferii nutný pro přeměnu některých hormonů na aktivní formu. Všechny tyto mechanismy se mohou podílet na vzniku poruch.
Pro endokrinní regulaci je však důležitý i věk. U malých dětí nemusí být mechanismy řízení ještě dostatečně zralé (většinou dozrávají do jednoho roku). Ve vyšším věku se mění sekrece hormonů: snižuje se sekrece pohlavních hormonů, růstového hormonu, hormonů štítné žlázy a melatoninu. Naopak se zvyšuje bazální sekrece ADH, ale snižuje se schopnost ADH odpovídat na požadavky organismu.