Фізіологія шишкоподібної залози (епіфіза)

Епіфіз, або шишкоподібна залоза, є виростом даху третього шлуночка мозку. Вона покрита сполучнотканинною капсулою, від якої всередину відходять тяжі, що розділяють орган на частки. Частки паренхіми містять пінеалоцити та гліальні клітини. Серед пінеалоцитів виділяють більші, світліші клітини та менші, темні клітини. Особливістю судин шишкоподібної залози є, очевидно, відсутність тісних контактів між ендотеліальними клітинами, через що гематоенцефалічний бар'єр у цьому органі є неспроможним. Основна відмінність шишкоподібної залози ссавців від відповідного органу нижчих видів полягає у відсутності чутливих фоторецепторних клітин. Більшість нервів шишкоподібної залози представлені волокнами клітин верхніх шийних симпатичних гангліїв. Нервові закінчення утворюють мережі навколо пінеалоцитів. Відростки останніх контактують з кровоносними судинами та містять секреторні гранули. Шишкоподібна залоза особливо помітна в молодому віці. До статевого дозрівання її розміри зазвичай зменшуються, а пізніше в ній відкладаються солі кальцію та магнію. Таке кальцифікування часто дозволяє чітко побачити епіфіз на рентгенограмах черепа. Маса шишкоподібної залози у дорослої людини становить приблизно 120 мг.

Активність епіфіза залежить від періодичності освітлення. На світлі синтетичні та секреторні процеси в ньому пригнічуються, а в темряві – посилюються. Світлові імпульси сприймаються рецепторами сітківки та надходять до центрів регуляції симпатичної нервової системи головного та спинного мозку, а потім – до верхніх шийних симпатичних гангліїв, які дають початок іннервації епіфіза. У темряві гальмівні нервові впливи зникають, а активність епіфіза посилюється. Видалення верхніх шийних симпатичних гангліїв призводить до зникнення ритму активності внутрішньоклітинних ферментів епіфіза, що беруть участь у синтезі його гормонів. Нервові закінчення, що містять норадреналін, підвищують активність цих ферментів через клітинні бета-рецептори. Ця обставина, здається, суперечить даним про гальмівний вплив збудження симпатичних нервів на синтез і секрецію мелатоніну. Однак, з одного боку, було показано, що за умов освітлення вміст серотоніну в залозі знижується, а з іншого боку, виявлено роль холінергічних волокон у регуляції активності оксиіндол-О-метилтрансферази (ОІОМТ) шишкоподібної залози.

Холінергічна регуляція активності епіфіза підтверджується наявністю ацетилхолінестерази в цьому органі. Верхні шийні ганглії також служать джерелом холінергічних волокон.

Епіфіз виробляє переважно індол-N-ацетил-5-метокситриптамін (мелатонін). На відміну від свого попередника серотоніну, ця речовина синтезується, очевидно, виключно в епіфізі. Тому її концентрація в тканині, а також активність OIOMT служать індикаторами функціонального стану епіфіза. Як і інші O-метилтрансферази, OIOMT використовує S-аденозилметіонін як донор метильної групи. Як серотонін, так і інші 5-гідроксиіндоли можуть служити субстратами метилювання в епіфізі, але N-ацетилсеротонін є більш (у 20 разів) кращим субстратом для цієї реакції. Це означає, що N-ацетилювання передує O-метилюванню в процесі синтезу мелатоніну. Першим етапом біосинтезу мелатоніну є перетворення амінокислоти триптофану під впливом триптофангідроксилази на 5-гідрокситриптофан. За допомогою декарбоксилази ароматичних амінокислот з цієї сполуки утворюється серотонін, частина якого ацетилюється, перетворюючись на N-ацетилсеротонін. Заключний етап синтезу мелатоніну (перетворення N-ацетилсеротоніну під дією OIOMT), як уже зазначалося, специфічний для шишкоподібної залози. Неацетильований серотонін дезамінується моноаміноксидазою та перетворюється на 5-гідроксиіндолуксусну кислоту та 5-гідрокситриптофол.

Значна кількість серотоніну також потрапляє в нервові закінчення, де він захоплюється гранулами, що запобігають ферментативному руйнуванню цього моноаміну.

Вважається, що синтез серотоніну відбувається у світлих пінеалоцитах і контролюється норадренергічними нейронами. Холінергічні парасимпатичні волокна регулюють вивільнення серотоніну зі світлих клітин і тим самим його доступність для темних пінеалоцитів, де також відбувається норадренергічна модуляція утворення та секреції мелатоніну.

Існують дані про продукування шишкоподібною залозою не лише індолів, а й речовин поліпептидної природи, і, на думку деяких дослідників, саме вони є справжніми гормонами шишкоподібної залози. Так, з неї було виділено пептид (або суміш пептидів) з молекулярною масою 1000-3000 дальтон, що має антигонадотропну активність. Інші автори постулюють гормональну роль аргініну-вазотоцину, виділеного з шишкоподібної залози. Ще інші отримали з шишкоподібної залози дві пептидні сполуки, одна з яких стимулювала, а інша пригнічувала секрецію гонадотропінів культурою клітин гіпофіза.

Окрім неоднозначностей щодо справжньої природи гормону(ів) шишкоподібної залози, існують також розбіжності щодо шляху надходження в організм: у кров чи в спинномозкову рідину. Однак більшість даних свідчать про те, що, як і інші ендокринні залози, шишкоподібна залоза виділяє свої гормони в кров. Тісно пов'язане з цим питанням питання центральної чи периферичної дії гормонів шишкоподібної залози. Експерименти на тваринах (переважно на хом'яках) показали, що регуляція репродуктивної функції шишкоподібною залозою опосередковується впливом шишкоподібної залози на гіпоталамо-гіпофізарну систему, а не безпосередньо на статеві залози. Більше того, введення мелатоніну в третій шлуночок мозку знизило рівень лютеїнізуючого гормону (ЛГ) та фолікулостимулюючого гормону (ФСГ) і збільшило вміст пролактину в крові, тоді як введення мелатоніну в портальні судини гіпофіза не супроводжувалося зміною секреції гонадотропінів. Одним із місць дії мелатоніну в мозку є серединне піднесення гіпоталамуса, де виробляються ліберини та статини, що регулюють активність передньої долі гіпофіза. Однак залишається незрозумілим, чи змінюється вироблення цих речовин під дією самого мелатоніну, чи він модулює активність моноамінергічних нейронів і таким чином бере участь у регуляції вироблення рилізинг-факторів. Слід підкреслити, що центральні ефекти гормонів шишкоподібної речовини не доводять їх безпосередньої секреції в спинномозкову рідину, оскільки вони також можуть потрапляти туди з крові. Крім того, є дані про вплив мелатоніну на яєчка (де ця речовина пригнічує утворення андрогенів) та інші периферичні ендокринні залози (наприклад, послаблення впливу ТТГ на синтез тироксину в щитовидній залозі). Тривале введення мелатоніну в кров знижує масу яєчок та рівень тестостерону в сироватці крові навіть у тварин з видаленою гіпофізом. Експерименти також показали, що екстракт шишкоподібної залози, що не містить меланіну, блокує вплив гонадотропінів на вагу яєчників у щурів, яким видалили гіпофіз.

Таким чином, біологічно активні сполуки, що виробляються цією залозою, очевидно, мають не лише центральний, а й периферичний ефект.

Серед багатьох різноманітних ефектів цих сполук найбільшу увагу привертає їхній вплив на секрецію гонадотропінів гіпофіза. Дані про порушення статевого дозрівання при пухлинах епіфіза були першим свідченням його ендокринної ролі. Такі пухлини можуть супроводжуватися як прискоренням, так і уповільненням статевого дозрівання, що пов'язано з різною природою новоутворень, що походять з паренхіматозних та непаренхіматозних клітин епіфіза. Основні докази антигонадотропної дії гормонів епіфіза були отримані на тваринах (хом'яках). У темряві (тобто за умов активації функції епіфіза) у тварин спостерігається виражена інволюція статевих органів та зниження рівня ЛГ у крові. У епіфізектомованих особин або за умов перерізання епіфізних нервів темрява такого ефекту не має. Вважається, що антигонадотропна речовина епіфіза запобігає вивільненню люліберину або його впливу на гіпофіз. Подібні, хоча й менш чіткі, дані були отримані на щурах, у яких темрява дещо затримує статеве дозрівання, а видалення епіфіза призводить до підвищення рівня ЛГ та ФСГ у крові. Антигонадотропний ефект епіфіза особливо виражений у тварин з порушенням функції гіпоталамо-гіпофізарно-гонадної системи шляхом введення статевих стероїдів у ранньому постнатальному періоді.

Епіфізектомія у таких щурів відновлює статевий розвиток. Антигонадотропні ефекти шишкоподібної залози та її гормонів також посилюються в умовах аносмії та голодування.

Не тільки мелатонін, але й його похідні, 5-метокситриптофол та 5-окситриптофол, а також серотонін, мають гальмівний вплив на секрецію ЛГ та ФСГ. Як уже зазначалося, погано ідентифіковані поліпептидні продукти шишкоподібної залози також мають здатність впливати на секрецію гонадотропіну in vitro та in vivo. Один із цих продуктів (з молекулярною масою 500-1000 дальтон) виявився у 60-70 разів активнішим за мелатонін у блокуванні гіпертрофії залишкового яєчника у мишей з односторонньою оваріектомією. Інша фракція пептидів шишкоподібної залози, навпаки, мала прогонадотропний ефект.

Видалення шишкоподібної залози у незрілих щурів призводить до збільшення вмісту пролактину в гіпофізі з одночасним зниженням його рівня в крові. Подібні зрушення відбуваються у тварин, що утримуються в умовах постійного освітлення, і протилежні - у щурів, що утримуються в темряві. Вважається, що шишкоподібна залоза виділяє речовину, яка запобігає впливу пролактин-інгібуючого фактора (ПІФ) гіпоталамуса на синтез і секрецію пролактину в гіпофізі, внаслідок чого вміст гормонів у цій залозі зменшується. Епіфізектомія викликає протилежні зміни. Діючою речовиною шишкоподібної залози в цьому випадку, ймовірно, є мелатонін, оскільки його введення в третій шлуночок мозку тимчасово підвищило рівень пролактину в крові.

В умовах постійної відсутності світла ріст тварин сповільнюється, а вміст гормону росту в гіпофізі значно знижується. Епіфізектомія усуває вплив темряви, а іноді сама по собі прискорює ріст. Введення екстрактів епіфіза знижує рістстимулюючу дію препаратів гіпофіза. Водночас мелатонін не впливає на швидкість росту тварин. Можливо, якийсь інший епіфізарний фактор (фактори) пригнічує синтез і секрецію соматоліберину або стимулює вироблення соматостатину.

Експерименти показали, що вплив шишкоподібної залози на соматотропну функцію гіпофіза не опосередковується дефіцитом андрогенів або гормонів щитовидної залози.

У щурів після пінеектомії секреція кортикостерону тимчасово зростає, хоча стресова реакція надниркових залоз після пінеалектомії значно послаблюється. Секреція кортикостерону зростає в умовах постійного освітлення, яке, як відомо, пригнічує активність епіфіза. Існують дані, що пінеалектомія послаблює компенсаторну гіпертрофію надниркової залози, що залишилася, після односторонньої адреналектомії та порушує циркадний ритм секреції глюкокортикоїдів. Це вказує на важливість епіфіза для реалізації адренокортикотропної функції передньої частки гіпофіза, що підтверджується зміною продукції АКТГ тканиною гіпофіза, видаленою у тварин після пінеалектомії. У літературі немає єдиної думки щодо активного початку епіфіза, який впливає на адренокортикотропну активність гіпофіза.

Видалення епіфіза збільшує вміст меланоцитстимулюючого гормону (МСГ) у гіпофізі, тоді як введення мелатоніну в шлуночок головного мозку зменшує його вміст. Рівень останнього в гіпофізі щурів, що живуть на світлі, підвищується, а введення мелатоніну блокує цей ефект. Вважається, що мелатонін стимулює гіпоталамоподібну продукцію меланотропін-інгібуючого фактора MIF.

Вплив шишкоподібної залози та її гормонів на інші тропні функції гіпофіза вивчений менше. Зміни активності периферичних ендокринних залоз можуть відбуватися внаслідок прямої дії епіфізарних факторів. Так, видалення шишкоподібної залози призводить до деякого збільшення маси щитоподібної залози навіть за відсутності гіпофіза. Швидкість секреції гормонів щитоподібної залози збільшується дуже незначно та короткочасно. Однак, за іншими даними, шишкоподібна залоза має гальмівний вплив на синтез та секрецію ТТГ у статевозрілих тварин.

У більшості експериментів підшкірне, внутрішньоочеревинне, внутрішньовенне та навіть внутрішньошлуночкове введення мелатоніну призводило до зниження йодоконцентруючої функції щитовидної залози.

Трансплантація шишкоподібної залози в надниркові залози, не впливаючи на стан фасцикулярної та ретикулярної зон кори, майже вдвічі збільшила розмір клубочкової зони, що свідчить про прямий вплив продуктів життєдіяльності шишкоподібної залози на клітини, що виробляють мінералокортикоїди. Більше того, з шишкоподібної залози було виділено речовину (1-метокси-1,2,3,4-тетрагідро-бета-карболін), яка стимулює секрецію альдостерону і тому називається адреногломерулотропіном. Однак незабаром були отримані дані, що заперечують фізіологічну роль цієї сполуки і навіть ставлять під сумнів саме існування специфічного адреногломерулотропного фактора шишкоподібної залози.

Є повідомлення про те, що видалення епіфіза знижує функціональну активність паращитовидних залоз. Є також протилежні спостереження. Результати досліджень впливу епіфіза на ендокринну функцію підшлункової залози здебільшого негативні.

Наразі залишається багато невирішених питань, зокрема щодо природи сполук, що виробляються цією залозою. Найменш сумнівним є вплив шишкоподібної залози на секрецію тропних гормонів гіпофіза, але не можна виключати і можливість її прямого впливу на периферичні ендокринні залози та інші органи. Очевидно, під впливом подразників навколишнього середовища шишкоподібна залоза виробляє не одну, а кілька сполук, які потрапляють переважно в кров. Ці речовини модулюють активність моноамінергічних нейронів центральної нервової системи, які контролюють вироблення ліберинів і статинів певними структурами мозку і тим самим впливають на синтез і секрецію тропних гормонів гіпофіза. Вплив шишкоподібної залози на гіпоталамічні центри є переважно гальмівним.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]