Учебник для 11 класса

Естествознание

§ 25. Гормоны

1. Назовите литературные произведения, в которых героями являются великаны и карлики.
2. Объясните, какие заболевания лечит врач-эндокринолог.

Основная функция гормонов. У людей, знакомых с биологией, функция гормонов в живых организмах ассоциируется с ролью дирижёра-виртуоза в большом симфоническом оркестре. Дирижёр координирует работу оркестровых групп всего большого коллектива музыкантов, каждый из которых хорошо знает свою партию, мастерски владеет инструментом. Однако очевидно, что без дирижёра исполнение музыкального произведения очень быстро превратится в бессмысленное чередование звуков, а гениальная музыка — в ужасную какофонию.

Любой живой организм — сложнейшая и уникальная система органов и тканей, каждая из которых выполняет свою неотъемлемую и специфическую функцию. Как же осуществляется координация и согласование работы всех органов и систем живого организма? Что выполняет роль той самой дирижёрской палочки, которая подчиняет единой цели и синхронизирует ювелирную биологическую работу каждого органа и их систем? Эту важнейшую функцию и выполняют вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции (или эндокринными, как их называют врачи), они называются гормонами (от греч. hormao — приводить в движение, побуждать).

Как вы уже знаете из курса биологии основной школы, жизнедеятельность любого организма регулируется с помощью двух систем — нервной и гуморальной (от лат. humor — жидкость).

Как известно, железы, вырабатывающие продукты — секреты, делятся на две группы: эндокринные (или железы внутренней секреции), не имеющие выводного протока, и экзокринные, снабжённые выводным протоком.

Большая часть желёз человека — эндокринные и выводных протоков не имеют. Именно такие железы вырабатывают гормоны, поступающие в кровеносные сосуды. По ним гормоны движутся, пока не попадут «в цель» — в те клетки организма, для воздействия на которые они и вырабатываются.

Классификация гормонов по железам, которые их продуцируют. «Специализация» гормонов. В крови высших животных и человека циркулирует около 50 гормонов. Классифицировать их можно по различным признакам. Проще всего группировать гормоны по отдельным железам внутренней секреции, которые их продуцируют, например:

1. щитовидная железа вырабатывает тироксин;
2. поджелудочная железа — инсулин и глюкагон;
3. надпочечники — адреналин и норадреналин, а наружные отделы надпочечников (корковый слой) — целый набор гормонов (кортикостерон и др.);
4. семенники и яичники — половые гормоны (тестостерон и эстроген);
5. гипофиз — это мозговой придаток, один из самых маленьких органов человеческого тела, размером с горошину.

Гипофиз является главным регулятором эндокринной системы (рис. 109). Эта железа внутренней секреции — придаток мозга, соединённый с ним коротким протоком. Гипофиз разделён на две основные части — переднюю и заднюю доли, а деятельность его контролируется гипоталамусом — участком мозга, отвечающим за нервную и эндокринную системы человека. Передняя доля гипофиза вырабатывает 6 основных гормонов, задняя — 2 гормона.

Рис. 109. Эндокринная система человека

Регулирование гормональной системы человека представляет собой очень тонкий процесс. Железы, вырабатывающие гормоны, тесно взаимодействуют между собой и с нервной системой организма. И гормональная, и нервная системы рассылают по телу особые вещества — химические переносчики информации (медиаторы), у каждого из которых своя скорость передвижения и механизм действия (рис. 110).

Рис. 110. В. И. Суриков. Смеющаяся девушка. Этюд для картины «Взятие снежного городка». 1890

Наиболее быстро передают информацию нервные клетки, это движение можно по скорости сравнить с электрическим импульсом. Достаточно быстро действует гормон опасности и страха — адреналин (рис. 111).

Рис. 111. М. В. Якун чикова. Страх. 1893—1895

Адреналин вырабатывается надпочечной железой человека, когда тот находится в большом напряжении, и немедленно действует на нервную систему. Адреналин готовит организм к тому, чтобы противостоять опасности или избежать её. Учащается дыхание и частота сердечных сокращений, расширяются зрачки, выделяется пот, мышцы приходят в состояние повышенной активности. Намного медленнее функционируют гормоны, воздействующие на какой-либо орган, например окситоцин (вырабатывается гипофизарной железой), отвечающий за выделение грудного молока кормящей матери. Ещё медленнее действуют гормоны, регулирующие такие процессы, как рост человека (соматотропин) или половое созревание (эстрадиол, тестостерон).

Часть гормонов оказывает действие на системы организма, находящиеся на значительном удалении от вырабатывающей гормон железы. Например, гормон инсулин, регулирующий содержание сахара в крови, вырабатывается поджелудочной железой и с током крови попадает во все участки человеческого тела. Напротив, к гормонам локального действия относится секретин. Он вырабатывается в двенадцатиперстной кишке в ответ на попадание в организм пищи. Секретин, преодолев по кровеносной системе совсем малое расстояние, поступает в расположенную рядом поджелудочную железу и заставляет её вырабатывать желудочный сок, содержащий пищеварительные ферменты.

Другой гормон местного действия — ацетилхолин — вырабатывается нервными окончаниями и вызывает сокращение мышц после получения соответствующего нервного сигнала.

Когда человек боится —
Выделяет адреналин.
Это знают собаки
И, лая, бегут за ним.
Когда ты вбегаешь в комнату
В черёмуховом платье,
За тобой залетают осы —
Ты выделяешь счастье.
Я знаю одного приятеля
С тухлым взглядом деляги.
Над ним всё летают мухи —
Зависть он выделяет.

/А. Вознесенский/

Когда гормон завершает свою работу, он либо дезактивируется внутри клетки, либо поступает в печень, где расщепляется и выводится из организма или используется для производства новых молекул гормонального вещества.

Недостаточное или избыточное выделение гормонов приводит к эндокринным заболеваниям.

Свойства гормонов. Понятно , что, выполняя столь многочисленные и разнообразные функции, гормоны обладают соответствующим набором характерных свойств, важнейшие из которых:

• чрезвычайно высокая физиологическая активность — возможность очень малыми количествами гормонов производить весьма значительные изменения в работе органов и тканей (например, 1 г экдизона может вызвать линьку у 2 • 10⁸ особей насекомых);
• дистанционное действие — способность регулировать работу органов, удалённых от железы, вырабатывающей гормон (это становится возможным, потому что гормоны доставляются к этим органам через кровь);
• быстрое разрушение в тканях (оказывая очень сильное влияние на работу органов и тканей, гормоны не должны накапливаться в них);
• непрерывное продуцирование (секреция) соответствующей железой (вызвано необходимостью постоянного регулирования, более или менее сильного воздействия на работу соответствующего органа в каждый момент времени).

Из анализа характерных свойств гормонов как мощного средства гуморальной регуляции ясно, что их образование эндокринными железами должно в каждый момент времени точно соответствовать состоянию организма. Обеспечение этого соответствия осуществляется по принципу обратной связи: не только гормон влияет на контролируемую систему органов и процессы в ней, но и состояние самой системы определяет производительность соответствующей железы, скорость образования и количество вырабатываемого гормона. Например, снижение концентрации глюкозы в крови тормозит секрецию инсулина и ускоряет секрецию глюкагона (гормона, стимулирующего рост концентрации глюкозы в крови). Таким образом, благодаря принципу обратной связи именно гормоны обеспечивают гомеостаз в организме.

Классификация гормонов по их химическим характеристикам. Гормоны классифицируют также по химической природе. Различают гормоны: белковой (пептидной) природы (инсулин, глюкагон); стероидной (сложной циклической) структуры (эстрогены, андрогены); производные аминокислот (адреналин, норадреналин).

Типичный представитель белковых (пептидных) гормонов — инсулин. Он вырабатывается в особых образованиях — островковом аппарате поджелудочной железы (островки Лангерганса), что доказали работы русского физиолога Л. В. Соболева (1876—1921). Своё название гормон получил от латинского слова insula — «остров». Островки Лангерганса продуцируют также и глюкагон.

Гипофункция островкового аппарата поджелудочной железы проявляется в повышении сахара в крови, в заболевании сахарным диабетом. Первые упоминания о сахарном диабете историки медицины находят ещё в древних медицинских трактатах Индии, Китая. Дальнейшее его изучение показало, что один из главнейших симптомов диабета — выделение больших количеств сахара с мочой, обезвоживание организма. Ткани утрачивают способность усваивать сахар, начинают вместо этого расходовать жиры и белки, человек худеет. При этом окисление жиров сопровождается образованием токсичных продуктов — так называемых кетоновых тел. Истощение и интоксикация приводят в конечном счёте к гибели больного.

Инсулин оказался первым белком, который удалось синтезировать химическим путём, а также одним из первых фармацевтических препаратов, промышленный способ выпуска которых был освоен с помощью методов генной инженерии.

Гиперфункция поджелудочной железы заключается в возможном возникновении шока в результате снижения содержания глюкозы в крови.

К гормонам белковой природы относится и гормон роста — соматотропин. Он воздействует на клетки всего организма человека, стимулируя их увеличение в период формирования и замещение после изнашивания. Значительные отклонения от среднего роста (рис. 112) могут быть вызваны заболеванием гипофиза. Самым высоким человеком в мире был Роберт Вадлоу, его рост составлял 2 м 72 см. Вадлоу родился в 1918 г. и прожил всего 22 года. Его смерть связывают со сбоем в работе гормонального аппарата — аномальном образовании соматотропина в организме. Самым маленьким человеком был китаец Хэ Пинпин — 74,6 см. Он родился в 1988 г. и прожил 21 год. В настоящее время самым маленьким является непалец Хагендра Тапа Магар, его рост всего 56 см.

Рис. 112. Гигантизм и карликовость

Группу стероидных гормонов представляют эстрадиол (женский половой гормон) и тестостерон (мужской половой гормон). Различие в их химическом строении очень невелико (мы не приводим химические формулы этих гормонов из-за их сложности), но специфичность действия на организм колоссальная. Эстрадиол вырабатывается яичниками, регулирует функции половых органов и появление вторичных половых признаков у женщин. Тестостерон вырабатывается семенниками и определяет функции половых органов и вторичные половые признаки у мужчин.

К аминокислотным гормонам относится адреналин. Как вы уже знаете, этот гормон вырабатывается в надпочечниках. Гипофункция надпочечников выражается в понижении кровяного давления, понижении содержания глюкозы в крови, уменьшении времени свёртываемости крови. Гиперфункция — в сокращении капилляров, повышении содержания глюкозы в крови.

В следующем параграфе будет рассмотрена ещё одна группа биологически активных веществ — лекарственные препараты.

Теперь вы знаете

• в чём заключается основная функция гормонов
• какова классификация гормонов по железам, которые их вырабатывают, и по химической природе

Теперь вы можете

• определить, что такое гормоны и каковы их основные функции в организме человека
• перечислить основные свойства гормонов и группы, на которые они делятся по своей химической природе

Выполните задания

1. Назовите основные железы внутренней секреции и вырабатываемые ими гормоны.
2. Сделайте предположение, к каким негативным последствиям может привести продолжительное повышение содержания адреналина в кpoви.
3. При диабетической коме — тяжёлом осложнении сахарного диабета — человек теряет сознание, возникает угроза жизни. Симптомами приближения комы являются вялость, сонливость, упадок сил, резкое ухудшение самочувствия. Изучите этот вопрос и предложите меры первой доврачебной помощи больному при приближении комы.
4. В приведённом в параграфе стихотворении А. Вознесенского говорится о гормонах счастья, радости, зависти. Решите, верно ли с биологической точки зрения такое толкование поэта или это лишь художественный образ. Обоснуйте свою точку зрения.
5. Напишите синквейн об одном из гормонов по своему выбору.

Темы для рефератов

1. История открытия и изучения гормонов.
2. Фитогормоны — гормоны растений.
3. Эндорфины — «гормоны счастья».
4. Вклад Л. В. Соболева в изучение проблемы сахарного диабета.