Надпочечники

Надпочечники – парные железы внутренней секреции организма, локализованные на верхних полюсах почек. Они играют важную роль в жизнедеятельности организма, а двусторонняя адреналэктомия (удаление обоих желёз) без должной заместительной терапии приводит к летальному исходу. При заболеваниях надпочечников лечебное воздействие сосредоточено на введении искусственно синтезированных гормонов, производимых этими железами. Функцией надпочечников является формирование физиологического отклика организма на стресс за счёт синтеза определённых гормонов, которые участвуют в регуляции уровня сахара, способствуют учащению пульса и поддерживают в балансе необходимое количество воды и солей в организме. В надпочечниках также увеличена скорость кровотока. Сами железы состоят из коркового и мозгового слоя. Последний локализован внутри органа и является 1\10 частью от всего объёма надпочечника. Мозговая часть органа представлена симпатическим ганглием, где постганглионарные волокна образуют секреторные пузырьки. В процессе стимулирующего воздействия от сигнала ЦНС, проходящему по преганглионарным волокнам мозгового слоя, в феохромоцитах осуществляется выработка гормонов (пептида F и катехоламинов). Гормоны, синтезируемые мозговым слоем надпочечников, играют скорее второстепенную роль, так как их выработка происходит во время стрессового воздействия. При этом гормоны коркового слоя нужны для поддержания жизнедеятельности организма. В корковом слое синтезируются ГКС (глюкокортикостероиды), принимающие участие в обмене питательных веществ (углеводов и белков), к ним относится гормон стресса – кортизол; минералокортикостероиды, нужные для сохранения водного баланса, сюда входит альдостерон; и половые гормоны, отвечающие за репродуктивность организма. Стимуляция коркового слоя надпочечников осуществляется в основном при воздействии АКТГ, вырабатываемого в тканях гипофиза.

 

Феохромоциты (хромаффинные клетки)
надпочечников

Мозговой слой в основном состоит из феохромоцитов. Хромаффинные клетки секретируют и накапливают в себе катехоламины и пептиды E, B, F. Феохромоциты схожи с секреторными гранулами, находящимися в прочих гормональных железах. Секреторные гранулы феохромоцитов являются органоидами, сформированными из осмиофильных молекул, размер которых меньше величины митохондрии. Информационный или сигнальный обмен между феохромоцитами и организмом осуществляется практически мгновенно за счёт высокой скорости нейросигналов, следовательно, гормональный отклик отмечается уже через пару минут либо чуть позже. Активация феохромоцитов с помощью преганглионарных волокон наблюдается во время физиологического ответа на активность нейромедиатора ацетилхолина, секретируемого преганглионарными нервными клетками, начало которых локализуется в верхних отделах спинного мозга.

Помимо пептидов, адреналина и норадреналина, состав секреторных гранул феохромоцитов дополнен хромогранином А, нуклеозидфосфатами и витамином С. Феохромоциты локализованы также в качестве параганглиев около аорты, в симпатических ганглиях и висцеральных органах. На данный момент имеются лишь косвенные подтверждения выборочного выведения компонентов гранулы в процессе стимуляции надпочечников. При этом экзоцитоз секреторных гранул феохромоцитов является довольно сложным биохимическим процессом, возможно, также представляющим из себя процесс дифференциации выработки гормонов под воздействием тренировочного стресса. Увы, но сведений, подтверждающих экзоцитоз и дифференциальную выработку гормонов в мозговом слое (катехоламинов и пептида F) при стимулирующем воздействии, на данный момент не существует. Экзоцитоз, регулируемый ацетилхолином, в феохромоцитах осуществляется при активизации м- и н-холинорецепторов. Некоторые из веществ, синтезируемых организмом (специфические нейропептиды) в надпочечниках могут образовывать связи с н-холинорецепторами и угнетать синтез катехоламинов. Повышенный уровень никотина способствует стимуляции энкефалинов (в частности, пептида F), адреналина и норадреналина в равных концентрациях. Если эти вещества, вырабатываемые организмом, могут воздействовать на процесс экзоцитоза в феохромоцитах, имеющих в своём составе частицы энкефалина (пептида F) и катехоламинов, то это, вероятно, может являться доказательством дифференциальной выработки гормонов и нейромедиаторов.

Секреторные гранулы хромаффинных клеток включают в себя белки, образующие клеточную оболочку, и гликопротеины. Факторы, влияющие на растворимость, к примеру, аденозинтрифосфатаза, цитохром-B562, гликопротеины, монооксигеназа, и белки, выполняющие транспортную функцию (транспорт адреналина, норадреналина, АТФ, цАМФ, и АДФ) обязательно включены в структуру гранулы. Энергия, образующаяся в результате процессов гидролиза аденозинтрифосфата на мембране клеток, необходима для перемещения ионов водорода в гранулы, из-за чего в ней смещается баланс рН в кислую сторону, а сама клеточная среда становится положительно заряженной. Помимо этого, на внешней оболочке гранулы образуется Н+ градиент. За счёт особенностей синтеза дофамина и катехоламинов энергия, образующаяся при наличии градиента, нужна для переноса веществ в цитоплазму клетки. Для того, чтобы преобразовать норадреналин в адреналин необходимо наличие ферментов, которые, как правило, содержатся в матриксе цитоплазмы. В результате этого, норадреналин подвергается экспорту в клеточную среду и там расщепляется до адреналина, который, в свою очередь, вновь перемещается в гранулу для запасания в ней. Прочие факторы, также могут быть задействованы в экзоцитозе. Главным стимулом экзоцитоза является рост уровня ионов кальция внутри клетки. Стимулирующее воздействие ацетилхолина либо повышенного уровня ионов калия способствует увеличению уровня ионов кальция в феохромоцитах. Перемещение гранул к мембране осложняется наличием актиновых частиц у клеток. Рост уровня ионов кальция понижает вязкость актинов, тем самым облегчая транспорт гранул. Кальций-связывающий белок – кальмодулин селективно подвергает фосфорилированию клеточные белки, за счёт чего происходит объединение клеточной оболочки и оболочки гранулы. Ещё один связывающий белок синексин при наличии ионов кальция может образовывать полимеры с присоединением агрегатов крупного размера, связывающихся с фосфолипидами клеточной оболочки. Наряду с этим, соединение и разъединение клеточной оболочки и гранулы происходит в непрерывном темпе. Все вышеописанные процессы являются важными звеньями в экзоцитозе феохромоцитов, поддерживающих дифференциальную выработку энкефалинов и катехоламинов.

Как уже было сказано, хромаффинные ткани аналогичным образом вырабатывают энкефалины – класс эндогенных веществ с морфиноподобными эффектами, которые также образуются в специфических клетках мозга. Нейропептиды или энкефалины образованы из полимерного прекурсора – проэнкефалина. К данному классу веществ относятся пептиды, имеющие молекулярную массу 4-5 килодальтон (как правило, это пептиды B, F, E). Изучение этого класса пептидов выявило, что их структура включает в себя высококонсервативные последовательности, характерные для многих разновидностей пептидов. Идентификация пептидов в крови в необходимых количествах и высокая стабильность этих белков говорят об их важном биологическом значении. Наряду с этим, большая часть функций пептидов данного вида остаётся невыясненной.

 

Реакция надпочечников
на физическое (тренировочное)
и психологическое стрессовое воздействие

Быстрый физиологический ответ на стресс (реакция «бей или беги») имело немаловажное значение в организме человека с давних времён. Для стимуляции быстрой реакции и способности быстрой мобилизации организма, необходима была особая система, при помощи которой происходил бы выброс гормонов, позволяющих активизировать определённые процессы в организме. Надпочечник как раз подходит на роль такого органа, в особенности, его мозговой слой. Это можно объяснить тем, что катехоламины, в частности адреналин, оказывают сильный стимулирующий эффект краткосрочного действия. Таким образом это позволяет быстро подготовить организм к бою либо к мобилизации. Несмотря на это, часть эффектов адреналина может появляться, в том числе и в спокойном состоянии, если при этом существует некий стимул (например, психологическое стрессовое воздействие), который способствует увеличению концентрации адреналина. В результате длительного воздействия сильного стресса, если организм не смог к нему адаптироваться, происходят негативные изменения в метаболических процессах.

В начале тренировочного процесса интенсивность энергетического обмена резко повышается и гормональные механизмы, в частности те, что способствуют выработке гормонов, которые синтезируются в надпочечниках, играют важную роль. А именно, отмечается увеличение скорости транспорта энергосубстратов за счёт: 1) расщепления гликогена в работающих мышцах; 2) выработки глюкозы печенью для поддержания процессов гликолиза в мышечных тканях; 3) высвобождения несвязанных жирных кислот из миофибрилл для дальнейшего их окисления; 4) ускорения процессов биосинтеза белка. Помимо важного значения в процессах транспортировки и ферментации энергосубстратов, гормональная система при участии надпочечников и вегетативной системы способны также: а) влиять на степень кровотока висцеральных органов; б) влиять на стимуляцию потовых желёз и выработку пота; в) увеличивать силу сократительного импульса поперечнополосатых мышц; г) подавлять либо стимулировать иммунные компоненты в ходе тренировочных сессий.

 

Нейроэндокринная активность надпочечников
в процессе физических нагрузок

Немаловажным элементом автономной регуляции в ходе физических нагрузок является показатель адренергической активности, который определяется с помощью измерения непрямой электропроводимости симпатических нейронов либо измерением концентрации катехоламинов в крови. Прямое определение активности симпатических нейронов в человеческом организме может проводится только при разрезе мышц. Выработка адреналина в мозговом слое осуществляется за счёт активации определённых симпатических нейронов в надпочечниках в процессе физической нагрузки, при том, что гормоны, продуцируемые корковым слоем (кортизон), высвобождаются в кровь за счёт эндокринного воздействия гипофиза (путём синтеза кортикотропного гормона). Концентрации катехоламинов в крови растут при повышении степени интенсивности тренировочной нагрузки, которая зачастую выражается показателем максимального потребления кислорода (VO2max), а так как выведение этих гормонов во время нагрузок меняется совсем не существенно, то их количество в крови будет зависеть от скорости выработки. Установлено, что скорость выведения адреналина повышается на 16% при занятиях с низкой интенсивностью и, наоборот, снижается при высокой степени интенсивности на 22%. При этом, так как во время физических нагрузок отмечается рост концентрации адреналина в крови в 7-8 раз, то, по всей вероятности, фактором, который может объяснить подобное повышение, является ускорение процессов секреции в надпочечниках, а не скорость выведения. Особую лепту в процессы выведения адреналина вносит гепатоспланхническая система.

На скорость выработки кортизола и адреналина в ходе тренировочных нагрузок влияет количество глюкозы в крови. Сокращение уровня глюкозы в организме в ходе длительных аэробных и анаэробных нагрузок существенно ускоряет выработку этих гормонов, которые также принимают участие в модуляции углеводного обмена. Помимо воздействия на обмен питательных веществ, адреналин также может ускорять белковый обмен в изолированных мышцах под воздействием электростимуляции. При том, что изменение концентрации адреналина в крови может отмечаться во время психологического стресса, оно всё равно будет несколько меньше, в отличие от изменений, происходящих под воздействием нагрузок.

 

Адреномедуллярная система
и физическая нагрузка

Высокоинтенсивная физическая нагрузка может способствовать замедлению скорости выработки адреналина в ответ на определённую нагрузку. При этом зафиксировать существенные различия в степени активности симпатических нейронов, в концентрации норадреналина во время максимально интенсивных нагрузок у людей с различной степенью адаптации к тренировочному стрессу не представлялось возможным. Это подтверждает тот факт, что физическая активность не оказывает стимулирующего влияния на активность симпатической системы, которая воздействовала бы на надпочечники, при этом физиологический отклик на субмаксимальную интенсивность занятий измеряется по большей мере относительной нагрузкой. Любопытно, что в одном из исследований в ходе определения суточных изменений выработки адреналина и норадреналина было выявлено, что у людей с высокой степенью адаптации к физическим нагрузкам на протяжении 24 часов концентрации обоих гормонов повышаются в отличие от людей, не занимающихся спортом. Скорость выработки адреналина у адаптированных к нагрузке спортсменов, растёт в ответ на различные факторы стимуляции, к ним относят гипогликемические состояния, употребление кофеина, состояния гипоксии, повышенную концентрацию углекислого газа в крови и пр. Это показывает то, что физическая нагрузка стимулирует развитие надпочечников в плане выработки адреналина, другими словами развивается мозговой слой надпочечников или происходит его гипертрофия (наподобие сердечной гипертрофии) под действием нагрузок. Этот факт был подтверждён результатами, полученными в ходе исследований, обнаруживающих, что у адаптированных к нагрузкам людей (в частности, бегунов на короткие дистанции) в отличие от малоподвижных лиц наблюдается более выраженный выброс катехоламинов при воздействии на организм краткосрочных нагрузок. Любопытно, что с применением этого же исследования на женщинах не было выявлено какой-либо разницы между участницами с различной степенью физподготовки. У мышей обоих полов, подвергавшихся высокоинтенсивным физическим нагрузкам в течение небольшого отрезка времени (несколько недель), размер мозгового слоя в надпочечниках и концентрация адреналина были умеренно больше, в отличие от контрольных групп. Необходимо упомянуть, что одновременно с увеличением мозгового слоя отмечался также и рост самого надпочечника, то есть, это свидетельствует о том, что физические нагрузки оказывают влияние, в основном, на корковой слой. Кроме того, после имитирующих тренировок, как и после низкотемпературного стресса роста надпочечников не отмечалось, а это свидетельствует о том, что психологическое стрессовое влияние не способствует появлению значительных изменений уровня адаптации надпочечников.

Несмотря на полученные результаты, свидетельствующие о способности увеличения степени адаптации надпочечников к физическим нагрузкам за счёт роста выработки адреналина, только длительные по времени тренировочные программы могут привести к постоянному увеличению уровня гормона. У адаптированных к нагрузкам людей, испытывающих частые приступы гипогликемии на протяжении одного месяца после травмы, которая ограничивала физическую активность, каких-либо изменений в степени выработки адреналина под воздействием нагрузок не отмечалось. Предполагается, что для гиперплазии мозгового слоя следует стимулировать его рост у людей в пубертатный период, при этом результаты нескольких исследований имеют под собой обоснование этого факта. Вдобавок, любопытно само предположение вероятности адаптации гормональных желёз к нагрузке с последующим изменением их выделительных функций, аналогично другим органам, к примеру, сердца.

 

Воздействие двигательной регуляции
и нервных импульсов
на выделительные функции надпочечников

Значение двигательной регуляции в отношении работы надпочечников при выполнении упражнений изучается несколькими способами: за счёт усиления эффектов, сосредоточенных на выполнении упражнении с отягощениями (центральное усилие) или же выполнения некоторых движений. Усиление активности двигательного центра при определённом движении с сопротивлением производили за счёт неполной нейромышечной блокады, которая приводила к снижению силы во время преодоления нагрузки на 35-60%. В итоге наблюдалось снижение степени выброса адреналина, соматотропина и кортикотропина, спровоцированное физической нагрузкой, в отличие от контрольных групп. Эти эксперименты доказывают положение, в соответствии с которым работа двигательных центров напрямую отвечает за стимуляцию симпатоадреналовой активности при воздействии тренировочных нагрузок, вне зависимости от силы импульса, идущего от работающей мышечной группы. Расхождение этих факторов в комбинации с высокой интенсивностью тренировки для стимулирующего воздействия на надпочечники и гипофиз можно определить несколькими путями. Во время работы, в которой принимает участие малая мышечная группа (к примеру, сгибание ног в тренажёре), даже если интенсивность будет максимальна, вероятно лишь небольшое увеличение концентрации адреналина и норадреналина. Кроме того, при сокращении тренировочной работоспособности на 50% за счёт нейромышечной блокады (для этого вводится тубокурарина хлорид), максимальное усиление в ходе тренировок не привело к существенному повышению адреналина в крови. Следовательно, при проведении тренировочных занятий организму необходимо активизировать и прочие механизмы (кроме двигательного контроля). К таким механизмам относится обратная связь ЦНС с работающими мышечными группами. Этот факт можно подтвердить при использовании спинальной либо эпидуральной аналгезии с соблюдением высоких дозировок для подавления импульсной передачи в нервных клетках группы С, при этом не блокирующих сигнал в мотонейронах, что позволяет проводить тренировку с максимальной интенсивностью. По всей вероятности, такой эксперимент имеет ряд недостатков, поскольку негативный результат, зафиксированный при помощи нейромышечной блокады, не даёт право сказать о минимизации влияния афферентных нейронов. Помимо всего прочего, во время статической работы (не динамической) подавление электропроводимости афферентных нейронов способствовало угнетению физиологического ответа на выработку адреналина и норадреналина. Интересен тот факт, что эпидуральная аналгезия приводит к стабильному уровню выработки кортикотропного гормона (АКТГ) и р-эндорфина при проведении тренировки с поднятием субмаксимальных весов снаряда, другими словами, выброс этих двух гормонов не увеличивается под воздействием физической нагрузки. Значение афферентных нейронов во время физиологического отклика надпочечников и гипофиза можно подтвердить за счёт выраженного увеличения уровня гормональных веществ в крови при непосредственной стимуляции афферентных нейронов.

 

Выработка глюкозы
гепатоспланхнической системой
и физиологический ответ надпочечников
на физическую нагрузку

В ходе высокоинтенсивных упражнений увеличение степени выработки глюкозы в клетках печени осуществляется одновременно с ростом концентрации адреналина в крови у грызунов, подвергавшихся аэробным нагрузкам, причём резекция мозгового слоя способствует снижению скорости расщепления гликогена. Помимо этого, резекция также приводила к уменьшению степени высвобождения глюкозы печенью у мышей после определённых нагрузок. Большая часть исследований не обнаружила непосредственного влияния адреналина на процессы гликогенолиза в ходе нагрузок. В лабораторных исследованиях с участием собак, которые в ходе испытаний подвергались физическому воздействию, было выявлено, что адреналин имеет малое отношение к синтезу глюкозы в клетках печени при длительных нагрузках, вероятно, за счёт увеличения количества прекурсоров глюконеогенеза. Кроме того, у людей с двусторонней адреналэктомией отмечается физиологическое увеличение скорости синтеза глюкозы печенью под воздействием физических нагрузок; при введении этим людям инъекций эпинефрина перед началом тренировки наблюдалось уменьшение скорости глюконеогенеза. Иннервация человеческой печени изучалась при помощи использования местной анестезии симпатического ганглия, который иннервирует печень, надпочечники и поджелудочную железу. Приведение в норму концентрации гормонов поджелудочной железы происходило за счёт введения рекомбинантного соматостатина и инсулина. При нейромышечной блокаде отмечалось угнетение большей части (95%) адреналина, синтезированного надпочечниками в ответ на физическую нагрузку, при этом какого-либо значимого сокращения скорости глюконеогенеза под воздействием нагрузок не наблюдалось. Это говорит о том, симпатоадреналовая стимуляция не способствует выработке глюкозы гепатоспланхнической системой в ходе нагрузок. Ещё одним доказательством этого факта является то, что у людей после операции по пересадки печени в период физических нагрузок также отмечается увеличение скорости глюконеогенеза (аналогично увеличению у полностью здоровых людей). Точно также глюконеогенез усиливался у людей, перенесших операцию по пересадке почки, при этом оба типа пациентов проходили лечение с применением гормональных препаратов и иммуносупрессоров. Вдобавок при проведении лабораторных испытаний с участием собак, при воздействии физических нагрузок с избирательной блокадой альфа- и бета-адренорецепторов было установлено, что концентрация катехоламинов в общем кровотоке не стимулирует глюконеогенез при высокоинтенсивных тренировках. Следовательно, симпатические нейроны в тканях печени и рост концентрации норадреналина в общем кровотоке никак не влияют на мобилизацию глюкозы из печени при занятиях спортом, а адреналин, циркулирующий в крови несущественно влияет на данный процесс даже при длительной высокоинтенсивной нагрузке. Установлено, что ещё один стрессовый гормон – кортизол почти не задействован в процессах глюконеогенеза в ходе тренировочных нагрузок и, вероятно, имеет определённую значимость при несоответствующей выработке прочих гормонов, которые обычно индуцируются физической работой.

 

Выводы

Надпочечниковые железы играют значимую роль в организме человека в связи с тем, что они являются определённой областью выработки гормонов, участвующих в процессах регуляции обмена питательных веществ (всех макронутриентов), кровообращения в органах, температуры тела, иммунной функции, силы сократительного импульса в мышцах и прочих факторов. Рост относительного показателя нагрузки приводит к усилению выработки адреналина, высокоинтенсивная нагрузка на протяжении длительного периода времени как правило приводит к гиперплазии мозгового слоя. Выработка гормонов в надпочечниках при воздействии тренировочной нагрузки зависит от работы двигательных центров и стимуляции афферентных нейронов в работающих мышечных группах. Кортизол (в меньшей степени) и адреналин участвуют в регуляции глюконеогенеза при физической работе.