Надпочечники: функции железы и причины заболеваний

Надпочечники — одна из систем, по которой проходит различие между людьми и другими млекопитающими: только у человека сильно развита сетчатая кора, вырабатывающая неактивные андрогены. Сегодня именно к ней приковано внимание ученых, потому что эти неактивные андрогены могут активироваться на периферии и превращаться в активный класс гормонов. Значительное количество новейших исследований посвящено изучению их функций и механизмов действия, однако множество вопросов остаются нераскрытыми.

Строение надпочечников

Надпочечники состоят из двух слоев — мозгового и коркового. В мозговом слое продуцируется адреналин, который участвует в стрессорной реакции и углеводном обмене. Кора разделена на три зоны: клубочковую, пучковую и сетчатую. Верхний, клубочковый слой продуцирует альдостерон, который регулирует давление, водно-солевой обмен. Следующий, пучковый слой продуцирует глюкокортикоиды, влияющие на обмен веществ, стресс и иммунитет. Глюкокортикоидный гормон кортизол, открытый эндокринологом Гансом Селье в 50-е годы ХХ века, участвует в стрессорной реакции и углеводном обмене.

Эндокринологи относительно недавно стали заниматься подробным изучением сетчатого слоя. Он продуцирует неактивные андрогены, в частности дегидроэпиандростерон (ДГЭА), участвующий в биосинтезе активных половых стероидов: тестостерона, эстрадиола и эстрона. Как оказалось, он работает и как нейростероид: продуцируется в мозге и регулирует функции нервной системы — например, активность рецепторов гамма-аминомасляной кислоты. Исследования подтверждают влияние ДГЭА на эмбриогенез, половое созревание и продолжительность жизни человека, однако его биологическое значение до конца не ясно.

Эволюция надпочечников

В науке, в частности в биологии, все время действуют скачки. Например, множество современных исследований проводятся в сфере биоинформатики, в том числе с точки зрения эволюционного происхождения. Изучение эволюционных этапов развития проливает свет на понимание функции.

У низших позвоночных надпочечников нет. У них есть симпатические ганглии, из которых впоследствии сформировался мозговой слой, а также интерреналовая ткань — гомолог коры. Интерреналовая ткань низших позвоночных называется так потому, что находится между почек (лат. ren). Симпатические ганглии и интерреналовая ткань работали независимо друг от друга и выполняли свои функции — у рыб, например, раздельно. У следующих классов началось их объединение, и интерреналовая ткань стала окружать симпатические ганглии. Такие слияния располагались вдоль первичной почки, и их было несколько. Впоследствии у млекопитающих образовалась надпочечниковая железа: симпатические ганглии, располагавшиеся вдоль почки, соединились в один большой ганглий, а кора окружила его.

Данное объединение произошло для того, чтобы регулировать процессы комплексно. Пока надпочечники представляли собой независимые друг от друга слои, регуляция с их помощью была несовершенна, поскольку каждый из слоев отвечал только за свою функцию. Надпочечник же работает как единый орган. Он посылает в кровь сигнальные молекулы, то есть свои гормоны, а также внутри надпочечника слои регулируют работу друг друга.

Например, кортизол и адреналин участвуют в углеводном обмене и повышают уровень глюкозы в крови, но делают это с разной скоростью: адреналин быстро выделяется, быстро увеличивает уровень глюкозы и так же быстро перестает действовать; кортизол влияет более инерционно, и эффект затухает медленнее. И они между собой, не выходя в кровь, «переговариваются», координируют друг друга, чтобы процесс происходил последовательно. Это удобнее сделать, когда несколько гормонов объединены в одну железу. Так образовались надпочечники млекопитающих.

Работа надпочечников плода и беременность

Надпочечники играют значительную роль в работе фетоплацентарной системы. У плода активируется сетчатая зона, которая продуцирует много ДГЭА. Это происходит потому, что плацента не может сама синтезировать половые стероиды от начала до конца. При беременности растет уровень эстрогена, в частности эстриола. Для биосинтеза эстриола необходимы как ДГЭА и ферменты в надпочечниках плода, так и ферменты плаценты, которые из ДГЭА синтезируют эстроген.

Для нормального хода беременности необходим высокий уровень эстрогенов. Его поддерживают надпочечники плодов женского и мужского пола, которые продуцируют много андрогенов. Они приходят в плаценту, превращаются в эстрогены, а те, в свою очередь, поступают в системный кровоток и поддерживают беременность. То есть плод через мать поддерживает развитие самого себя. Это удобно с практической точки зрения, потому что, определяя гормон в крови матери, можно судить о том, что происходит с плодом.

Существуют и другие способы, но они инвазивные и сопряжены с некоторыми рисками, особенно на ранних этапах беременности. Взять кровь матери абсолютно безопасно, и при этом можно узнать не только о состоянии беременной женщины, но и о состоянии плода. Низкий уровень эстрогенов приводит к риску прерывания беременности, говорит об отставании в развитии плода и патологии. Например, при синдроме Дауна у плода плохо работают надпочечники.

Роль надпочечников в половом созревании

Разрастание сетчатой зоны характерно не только для эмбрионов человека, но и других млекопитающих. Однако только у человека ее активация происходит и при половом созревании. В этот период увеличение надпочечниковых андрогенов ведет за собой выработку первых вторичных половых признаков — оволосение подмышечных впадин и лобка. Таким образом, именно надпочечники, а не половые железы вызывают первые элементы полового созревания, без них оно будет идти несовершенно.

Связь надпочечниковых андрогенов и долголетия

Важным открытием стало то, что активация сетчатой зоны надпочечников меняется в течение жизни: она возрастает при половом созревании, достигает плато и постепенно снижается при старении. Скорость снижения выработки надпочечниковых андрогенов коррелирует с ожидаемой продолжительностью жизни. Если один из них — дегидроэпиандростерон (ДГЭА) — падает резко, то жизнь будет коротка, а если он падает медленно, то жизнь будет длинной.

Известно, что ДГЭА может превращаться в тестостерон, а тестостерон — в эстрадиол. Женские половые гормоны — это производные мужских половых гормонов в процессе биосинтеза. Соответственно, одна из гипотез, объясняющая роль ДГЭА при старении, заключается в том, что, когда снижается уровень собственных активных половых гормонов (тестостерона у мужчин и эстрадиола у женщин), в зависимости от уровня ДГЭА и его местного превращения в активные половые стероиды, поддерживается физическая активность особи.

Так как ДГЭА тесно связан с продолжительностью жизни, сейчас ученые им активно занимаются. Так, в США выпускают биологические добавки, которые включают этот гормон. Однако эти исследования появились относительно недавно, поэтому отдаленные последствия неизвестны. Для подтверждения эффективности таких препаратов необходимо дождаться, чтобы люди, которые их принимают, дожили до 100 лет. На животных это изучать трудно, потому что у них сетчатая зона не развита, а введение чего-либо извне не может имитировать то, что происходит в организме.

Скрытая овуляция у людей

У животных существует период размножения, а в остальное время — стадия репродуктивного покоя. Каждая активная фаза репродукции приводит к рождению потомства. Зачатие происходит в такой период, чтобы рождение детеныша пришлось на время, когда для него будет достаточно пищи. Поскольку репродуктивный период является коротким, порядка одного-двух раз в год, самцы спариваются только с теми самками, которые готовы к беременности, то есть в период овуляции. И самки демонстрируют свою готовность к овуляции несколькими способами: феромонами, брачными позами или изменением окраски кожных покровов. Самцы, в свою очередь, ощущают эти феромоны, видят окраску, позы.

Человек потерял сезонность размножения. Это связано с тем, что электрическое освещение позволяет искусственно регламентировать дневной и ночной периоды света и тьмы. Эти ритмы регулирует гормон мелатонин, его выработка растет в ночное время суток. Он обладает антигонадотропным действием, то есть является тем фактором, который негативно действует на гормоны половых желез и вызывает период репродуктивного покоя. Помимо этого, у женщин, в отличие от самок других животных, очень много холостых циклов: имея 12 циклов в год, в течение 30 лет женщина в среднем рожает всего лишь одного-трех детей. У женщин признаки овуляции, характерные для животных, потеряны. Мужчина не чувствует, в какой стадии цикла находится женщина: ни по феромонам, ни по поведению, ни по каким другим качествам это практически невозможно определить.

Существуют различные гипотезы, объясняющие феномен утраты человеком этих признаков. Одна из них указывает на работу надпочечников. Во-первых, способность продуцировать столько андрогенов этими железами — особенность человека. Во-вторых, дегидроэпиандростерон и андрогены сетчатой зоны продуцируются практически в одинаковом количестве и мужчинами, и женщинами. Поэтому возникло предположение, что они блокировали манифестацию особенностей поведения и продукции феромонов, которые позволяют женщинам демонстрировать овуляцию, а мужчинам — воспринимать ее.

Нарушения работы надпочечников

Существует множество заболеваний надпочечников. Помимо нарушения обменных процессов, некоторые из них влияют на внешний облик человека. Например, при синдроме врожденной гиперплазии надпочечников нарушается выработка кортизола, ведется биосинтез только надпочечниковых андрогенов. У плодов генетического женского пола это приводит к рождению ребенка с мужскими внешними и внутренними признаками: ввиду избытка андрогенов в эмбриональный период плацента не справляется с превращением их в эстрогены. А у плодов мужского пола уже после рождения наступает раннее половое созревание при малых размерах семенников. Появление данного фенотипа связано с тем, что вырабатывается слишком много надпочечниковых андрогенов, и после попадания в кровь они начинают действовать на гипоталамо-гипофизарную систему и подавлять секрецию гонадотропинов, которые стимулируют работу семенников. Соответственно, семенники не работают, атрофируются, становятся маленькими.

Сейчас этот синдром лечат. Всем беременным определяют гормон — 17α-гидроксипрогестерон, который находится на развилке путей биосинтеза кортизола и андрогенов. Если объем этого соединения повышен в крови, то определение синдрома врожденной гиперплазии надпочечников делают инвазивным способом. Если синдром диагностирован, то беременным назначают инъекции кортизола, чтобы подавить верхние части регуляторной системы и снизить выработку андрогенов. Если вовремя начать лечение, то ребенок родится соответственно генетическому полу, но будет находиться на пожизненной терапии кортизолом.

Если надпочечники гиперфункциональны — например, продуцируют слишком много кортизола, — то возникает синдром или, в зависимости от причины, заболевание Кушинга. Кортизол глюкокортикоид регулирует углеводный обмен. Также это катаболический гормон: он снижает синтез белка и ускоряет его распад. Избыток этого гормона приводит к атрофии мышц, поэтому у больных тонкие конечности. При этом развивается ожирение абдоминального типа, в районе живота. За счет катаболического действия глюкокортикоидов возникают стрии — рубцы на коже, также известные как растяжки. У появления синдрома может быть несколько причин. Одна из них заключается в нарушении гипоталамо-гипофизарной системы, которое провоцирует гиперсекрецию адренокортикотропного гормона (АКТГ). Этот гормон стимулирует продукцию кортизола и надпочечниковых андрогенов. В результате много продуцируется не только кортизола, но и андрогенов, что приводит к появлению признаков вирилизации, то есть мужских черт, у женщин (например, усиков и бородки) и избыточной вирилизации у мужчин. У больных нарушается углеводный обмен, потому что глюкокортикоиды повышают уровень глюкозы в крови, и изменяется иммунная система, поскольку глюкокортикоиды — это иммуномодуляторы.

При недостаточности глюкокортикоидов — обычно она аутоиммунного типа — сахар в крови падает, к стрессорным реакциям организм не готов, нарушается водно-солевой обмен. Избыток альдостерона приводит к гипертонии, недостаток — к нарушению водно-солевого обмена.

При возникновении опухоли увеличивается секреция гормона, соответствующего зоне образования: в клубочковой зоне — альдостерона, в пучковой — кортизола, в сетчатой — эстрогенов или андрогенов. При опухоли мозгового слоя происходят всплески гиперпродукции адреналина, что вызывает приступы повышенного давления.

Эти заболевания поддаются лечению. Опухоли удаляют. Если организм не вырабатывает гормоны самостоятельно, то их вводят извне, а при избыточной продукции подавляют. Для этого существует множество препаратов, но все они основаны на одном принципе — введении конкурентных антагонистов. Для того чтобы гормон подействовал, необходимо, чтобы он связался со своим рецептором и активировал его. Но конкурентные антагонисты, связываясь с рецептором, не активируют его и при этом предотвращают связывание с ним гормона. Соответственно, природные гормоны перестают действовать: рецептор занят, и сигнал дальше не проходит

Таким образом, изучение того, что находится в тени очевидных аспектов, обладает большим потенциалом. То, что надпочечниковые железы вырабатывают неактивные андрогены, ученые открыли давно, но их интерес в основном был направлен на те гормоны, которые оказывают явные эффекты. Изучение сетчатого слоя началось относительно недавно, но было сделано множество открытий — например, о существенной роли неактивных андрогенов в эмбриогенезе и половом созревании человека и о возрастной динамике секреции ДГЭА. Была предложена смелая гипотеза о связи работы сетчатой зоны надпочечников с демонстрацией овуляции женщинами. Тем не менее, несмотря на постоянное увеличение исследований, биологическое значение надпочечниковых андрогенов оставляет немало вопросов, для решения которых необходимо объединение знаний из разных областей.