Нервная и эндокринная системы модулируют функции иммунной системы с помощью нейротрансмиттеров, нейропептидов и гормонов, а иммунная система взаимодействует с нейроэндокринной с помощью цитокинов, иммунопептидов и иммунотрансмиттеров. Существует нейрогормональная регуляция иммунного ответа и функций иммунной системы, опосредованная действием гормонов и нейропептидов непосредственно на иммунокомпетентные клетки или через регуляцию продукции цитокинов (рис. 2). Вещества аксональным транспортом проникают в иннервируемые ими ткани и влияют на процессы иммуногенеза, и наоборот, со стороны иммунной системы поступают сигналы (цитокины, выделяемые иммунокомпетентными клетками), которые ускоряют или замедляют аксональный транспорт в зависимости от химической природы воздействующего фактора.
Нервная, эндокринная и иммунная системы имеют много общего в своём строении. Все три системы действуют согласованно, дополняя и дублируя друг друга, значительно повышая надёжность регуляции функций. Они тесно взаимосвязаны и имеют большое количество перекрёстных путей. Существует определённая параллель между лимфоидными скоплениями в различных органах и тканях и ганглиями вегетативной нервной системы.
Стресс и иммунная система.
Эксперименты на животных и клинические наблюдения свидетельствуют о том, что состояние стресса, некоторые психические расстройства приводят к резкому угнетению практически всех звеньев иммунной системы организма.
Большая часть лимфоидных тканей имеет прямую симпатическую иннервацию как кровеносных сосудов, проходящих через лимфоидную ткань, так и непосредственно самих лимфоцитов. Вегетативная нервная система непосредственно иннервирует паренхиматозные ткани тимуса, селезёнки, лимфатических узлов, аппендикса и костного мозга.
Воздействие фармакологическими препаратами на постганглионарные адренергические системы приводит к модуляции иммунной системы. Стресс, напротив, приводит к десенситизации в-адренорецепторов.
Норадреналин и адреналин действуют на адренорецепторы - АМФ - протеинкиназа А подавляет продукцию провоспалительных цитокинов, таких как IL-12, фактор некроза опухоли б (TNFa), интерферон г (IFNг) антиген-представляющими клетками и Т-хелперами первого типа и стимулируют образование противовоспалительных цитокинов, таких как IL-10 и трансформирующий фактор роста-в (TFRв).
Рис. 2.Два механизма вмешательства иммунных процессов в деятельность нервной и эндокринной систем: А - глюкокортикоидная обратная связь, торможение синтеза интерлейкина-1 и других лимфокинов, Б - аутоантитела к гормонам и их рецепторам. Тх - Т-хелпер, МФ - макрофаг
Вместе с тем, при определённых условиях катехоламины способны ограничить местную иммунную реакцию путём индукции образования IL-1, TNFa и IL-8, обеспечивая защиту организма от вредного действия провоспалительных цитокинов и других продуктов активированных макрофагов. При взаимодействии симпатической нервной системы с макрофагами нейропептид Y выступает в качестве сопередатчика сигнала с норадреналина на макрофаги. Блокируя a-адренорепторы, он поддерживает стимулирующий эффект эндо - генного норадреналина через в-адренорецепторы.
Опиоидные пептиды - одни из посредников между ЦНС и иммунной системой. Они способны оказывать влияние практически на все иммунологические процессы. В связи с этим было сделано предположение, что опиоидные пептиды опосредованно модулируют секрецию гормонов гипофиза и таким путём воздействуют на иммунную систему.
Нейротрансмиттеры и иммунная система.
Однако взаимоотношения между нервной и иммунной системами не ограничиваются регулирующим влиянием первой на вторую. В последние годы накопилось достаточное количество данных о синтезе и секреции нейротрансмиттеров клетками иммунной системы.
Т-лимфоциты периферической крови человека содержат L-дофа и норадреналин, а В-клетки - только L-дофа.
Лимфоциты in vitro способны синтезировать норадреналин как из L-тирозина, так и L-дофа, добавленных в культуральную среду в концентрациях, соответствующих содержанию в венозной крови (5-10 -5 и 10 -8 моль соответственно), в то время как D-дофа не влияет на внутриклеточное содержание норадреналина. Следовательно, Т-лимфоциты человека способны синтезировать катехоламины из их нормальных предшественников в физиологических концентрациях.
Соотношение норадреналин / адреналин в лимфоцитах периферической крови аналогично таковому в плазме. Существует отчётливая корреляционная связь между количеством норадреналина и адреналина в лимфоцитах, с одной стороны, и циклической АМФ в них - с другой, как в норме, так и при стимуляции изопротеренолом.
Вилочковая железа (тимус).
Вилочковой железе отводят важное место во взаимодействии иммунной системы с нервной и эндокринной. В пользу такого заключения приводят ряд аргументов:
Недостаточность тимуса не только замедляет формирование иммунной системы, но и приводит к нарушению эмбрионального развития передней доли гипофиза;
Связывание гормонов, синтезируемых в ацидофильных клетках гипофиза, с рецепторами эпителиальных клеток тимуса (thymus epithelial cells - TECs) увеличивает освобождение имиin vitro тимических пептидов;
Повышение в крови концентрации глюкокортикоидов при стрессе вызывает атрофию коры тимуса благодаря удвоению тимоцитов, подвергающихся апоптозу;
Паренхима тимуса иннервируется веточками вегетативной нервной системы; действие ацетилхолина на ацетилхолиновые рецепторы эпителиальных клеток тимуса увеличивает белково-синтетическую активность, связанную с образованием тимических гормонов.
Белки тимуса представляют собой гетерогенное семейство полипептидных гормонов, не только оказывающих регуляторное действие как на иммунную, так и на эндокринную системы, но и находящихся под контролем гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы и других желёз внутренней секреции. Так, образование вилочковой железой тимулина регулирует ряд гормонов, включая пролактин, гормон роста и тиреоидные гормоны. В свою очередь, выделенные из тимуса белки регулируют секрецию гормонов гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системой и могут непосредственно воздействовать на железы-мишени этой системы и ткани гонад.
Регуляция иммунной системы.
Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система - мощный механизм регуляции иммунной системы. Кортикотропин-рилизинг - фактор, АКТГ, б-меланоцитостимулирующий гормон, в-эндорфин - иммуномодуляторы влияющие как прямо на лимфоидные клетки, так и через иммунорегулирующие гормоны (глюкокортикоиды) и нервную систему.
Иммунная система посылает сигналы нейроэндокринной системе через цитокины, концентрация которых в крови достигает значимых величин при иммунных (воспалительных) реакциях. IL-1, IL-6 и TNFa - основные цитокины, вызывающие глубокие нейроэндокринные и метаболические изменения во многих органах и тканях.
Кортикотропин-рилизинг-фактор выступает в качестве основного координатора реакций и ответственен за активацию АКТГ-адреналовой оси, повышение температуры и реакции ЦНС, определяющих симпатические эффекты. Увеличение секреции АКТГ ведёт к повышению продукции глюкокортикоидов и a-меланоцитостимулирующего гормона - антагонистов цитокинов и антипиретических гормонов. Реакция симпатоадреналовой системы связана с накоплением катехоламинов в тканях.
Иммунная и эндокринная системы перекрёстно взаимодействуют, используя сходные или тождественные лиганды и рецепторы. Так, цитокины и гормоны тимуса модулируют функцию системы гипоталамус-гипофиз.
* Интерлейкин (IL-l) непосредственно регулирует продукцию кортикотропин-рилизинг-фактора. Тимулин через адреногломерулотропин и активность гипоталамических нейронов и клеток гипофиза повышает продукцию лютеинизирующего гормона.
* Пролактин, воздействуя на рецепторы лимфоцитов, активирует синтез и секрецию клетками цитокинов. Он действует на нормальные киллеры и индуцирует их дифференцировку в пролактинактивированные клетки-киллеры.
* Пролактин и гормон роста стимулируют лейкопоэз, (в том числе лимфопоэз).
Клетки гипоталамуса и гипофиза могут продуцировать цитокины, такие как IL-1, IL-2, IL-6, г-интерферон, в-трансформирующий ростковый фактор и другие. Соответственно, гормоны, включая гормон роста, пролактин, лютеинизирующий гормон, окситоцин, вазопрес - син и соматостатин образуются в вилочковой железе. Рецепторы к различным цитокинам и гормонам выявлены как в тимусе, так и в оси гипоталамус-гипофиз.
Возможная общность регуляторных механизмов ЦНС, нейроэндокринной и иммунологической систем выдвигают новый аспект гомеостатического контроля многих патологических состояний (рис. 3, 4). В поддержании гомеостаза при действии на организм различных экстремальных факторов все три системы действуют как единое целое, дополняя друг друга. Но, в зависимости от природы воздействия, в регуляции адаптивных и компенсаторных реакций ведущей становится одна из них.
Рис. 3. Взаимодействие нервной, эндокринной и иммунной систем в регуляции физиологических функций организма
Многие функции иммунной системы обеспечены дублирующими механизмами, с чем связаны дополнительные резервные возможности защиты организма. Защитная функция фагоцитоза дублируется гранулоцитами и моноцитами / макрофагами. Способностью усиливать фагоцитоз обладают антитела, система комплемента и цитокин г-интерферон.
Цитотоксическое действие против клеток-мишеней, инфицированных вирусом или злокачественно трансформированных, дублируют естественные киллеры и цитотоксические Т-лимфоциты (рис. 5). В противовирусном и противоопухолевом иммунитете защитными клетками-эффекторами могут служить либо естественные киллеры, либо цитотоксические Т-лимфоциты.
Рис. 4.Взаимодействие системы иммунитета и регуляторных механизмов с факторами окружающей среды в условиях экстремальных воздействий
Рис. 5.Дублирование функций в иммунной системе обеспечивает её резервные возможности
При развитии воспаления несколько цитокинов-синергистов дублируют функции друг друга, что позволило объединить их в группу провоспалительных цитокинов (интерлейкины 1, 6, 8, 12 и TNFa). В завершающей стадии воспаления участвуют другие цитокины, дублирующие эффекты друг друга. Они служат антагонистами провоспалительных цитокинов и называются противовоспалительными (интерлейкины 4, 10, 13 и трансформирующий ростовой фактор-в). Цитокины, продуцируемые Th2 (интерлейкины 4, 10, 13, трансформирующий ростовой фактор-в), антагонистичны по отношению к цитокинам, продуцируемым ТЫ (г-интерферона, TNFa).
Онтогенетические изменения иммунной системы.
В процессах онтогенеза иммунная система претерпевает постепенное развитие и созревание: сравнительно медленное в эмбриональный период, оно резко ускоряется после рождения ребенка в связи с поступлением в организм большого количества чужеродных антигенов. Тем не менее, большинство защитных механизмов несёт черты незрелости на протяжении всего периода детства. Нейрогормональная регуляция функций иммунной системы начинает отчётливо проявляться в пубертатный период. В зрелом возрасте иммунная система характеризуется наибольшей способностью к адаптации при попадании человека в изменённые и неблагоприятные условия внешней среды. Старение организма сопровождается различными проявлениями приобретённой недостаточности иммунной системы.
Последнее обновление: 30/09/2013
Описание строения и функций нервной и эндокринной системы,принцип работы, их значение и роль в организме.
Тогда как - это строительные блоки для человеческой «системы сообщений», существуют целые сети нейронов, которые передают сигналы между мозгом и телом. Эти организованные сети, включающие в себя более триллиона нейронов, создают так называемую нервную систему. Она состоит из двух частей: центральной нервной системы (головной и спинной мозг) и периферической (нервы и нервные сети по всему телу)
Эндокринная система тоже неотъемлемая часть системы передачи информации по телу. Эта система использует расположенные по всему телу железы, которые регулируют множество процессов, таких как обмен веществ, пищеварение, кровяное давление и рост. Хотя эндокринная система не связана напрямую с нервной, они часто работают совместно.
Центральная нервная система
Центральная нервная система (ЦНС) состоит из головного мозга и спинного. Первичная форма связи в ЦНС - это нейрон. Мозг и спинной мозг жизненно необходимы для функционирования организма, поэтому вокруг них есть ряд защитных барьеров: кости (череп и позвоночник), и мембранные ткани (мозговые оболочки). Кроме того, обе структуры находятся в защищающей их спинномозговой жидкости.
Почему головной мозг и спинной мозг так важны? Стоит думать, что эти структуры - фактический центр нашей «системы сообщений». ЦНС способна обработать все ваши ощущения и обдумать опыт от этих ощущений. Информация о боли, прикосновении, холоде и т. д. собирается рецепторами по всему телу, а затем передается в нервную систему. ЦНС также посылает сигналы в тело для того, чтобы контролировать движения, действия и реакции на внешний мир.
Периферическая нервная система
Периферическая нервная система (ПНС) состоит из нервов, распространяющихся дальше центральной нервной системы. Нервы и нервные сети ПНС на самом деле являются просто пучками аксонов, выходящих из нервных клеток. Размер нервов колеблется от относительно малых, до достаточно больших, которые легко разглядеть даже без увеличительного стекла.
ПНС может быть дополнительно разделена на две разные нервные системы: соматическую и вегетативную .
Соматическая нервная система: передает физические ощущения и команды к движениям и действиям. Эта система состоит из афферентных (чувствительных) нейронов, доставляющих информацию от нервов к головному и спинному мозгу, и эфферентных (иногда часть из них называют двигательными) нейронов, передающих информацию от ЦНС к мышечным тканям.
Вегетативная нервная система: контролирует непроизвольные функции, например сердцебиение, дыхание, пищеварение и кровяное давление. Это система также связана с эмоциональными реакциями, такими как потоотделение и плач. Вегетативная нервная система может быть разделена далее на симпатическую и парасимпатическую системы.
Симпатическая нервная система: Симпатическая нервная система контролирует реакции тела на стресс. Когда эта система работает, дыхание и сердцебиение учащаются, пищеварение замедляется или останавливается, зрачки расширяются и усиливается потоотделение. Эта система отвечает за подготовку тела к опасной ситуации.
Парасимпатическая нервная система : Парасимпатическая нервная система действует в противовес к симпатической системе. Э система помогает «успокоить» тело после критической ситуации. Сердцебиение и дыхание замедляются, пищеварение возобновляется, зрачки сужаются и потоотделение прекращается.
Эндокринная система
Как было замечено ранее, эндокринная система не является частью нервной системы, но все же необходима для передачи информации через тело. Эта система состоит из желез, которые выделяют химические передатчики - гормоны. Они через кровь поступают в особые участки тела, включая органы и ткани организма. Среди самых важных эндокринных желез можно отметить шишковидную железу, гипоталамус, гипофиз, щитовидную железу, яичники и тестикулы. Каждая из этих желез выполняет определенные функции в разных областях тела.
Особенности систем
Автономная нервная система пронизывает все наше тело подобно тончайшей паутине. У нее есть две ветви: возбуждения и торможения. Симпатическая нервная система – это возбуждающая часть, она приводит нас в состояние готовности столкнуться с вызовом или опасностью. Нервные окончания выделяют медиаторы, стимулирующие надпочечники к выделению сильных гормонов – адреналина и норадреналина. Они в свою очередь повышают частоту сердечных сокращений и частоту дыхания, и действуют на процесс пищеварения посредством выделения кислоты в желудке. При этом возникает сосущее ощущение под ложечкой. Парасимпатические нервные окончания выделяют другие медиаторы, снижающие пульс и частоту дыхания. Парасимпатические реакции – это расслабление и восстановление баланса.
Эндокринная система организма человека объединяет небольшие по величине и различные по своему строению и функциям железы внутренней секреции, входящие в состав эндокринной системы. Это гипофиз с его независимо функционирующими передней и задней долями, половые железы, щитовидная и паращитовидные железы, кора и мозговой слой надпочечников, островковые клетки поджелудочной железы и секреторные клетки, выстилающие кишечный тракт. Все вместе взятые они весят не более 100 граммов, а количество вырабатываемых ими гормонов может исчисляться миллиардными долями грамма. Гипофиз, вырабатывающий более 9 гормонов, регулирует активность большинства других эндокринных желез и сам находится под контролем гипоталамуса. Щитовидная железа регулирует рост, развитие, интенсивность обмена веществ в организме. Вместе с паращитовидной железой она также регулирует уровень кальция в крови. Надпочечники тоже влияют на интенсивность обмена веществ и помогают организму противостоять стрессам. Поджелудочная железа регулирует уровень сахара в крови и одновременно действует как железа внешней секреции -выделяет через протоки в кишечник пищеварительные ферменты. Эндокринные половые железы - семенники у мужчин и яичники у женщин - сочетают выработку половых гормонов с неэндокринными функциями: в них еще и созревают половые клетки. Сфера влияния гормонов исключительно велика. Они оказывают прямое воздействие на рост и развитие организма, на все виды обмена веществ, на половое созревание. Между железами внутренней секреции нет прямых анатомических связей, но существует взаимозависимость функций одной железы от других. Эндокринную систему здорового человека можно сравнить с хорошо сыгранным оркестром, в котором каждая железа уверенно и тонко ведет свою партию. А в роли дирижера выступает главная верховная железа внутренней секреции – гипофиз. Передняя доля гипофиза выделяет в кровь шесть тропных гормонов: соматотропный, адренокортикотропный, тиреотропный, пролактин, фолликулостимулирующий и лютеинизирующий – они направляют и регулируют деятельность других желез внутренней секреции.
Гормоны регулируют активность всех клеток организма. Они влияют на остроту
мышления и физическую подвижность, телосложение и рост, определяют рост волос,
тональность голоса, половое влечение и поведение. Благодаря эндокринной системе
человек может приспосабливаться к сильным температурным колебаниям, излишку или
недостатку пищи, к физическим и эмоциональным стрессам. Изучение
физиологического действия эндокринных желез позволило раскрыть секреты половой
функции и более подробно изучить механизм рождения детей, а также ответить на
вопрос, почему одни люди высокого роста, а другие низкого, одни полные, другие
худые, одни медлительные, другие проворные, одни сильные, другие слабые.
В нормальном состоянии существует гармоничный баланс между активностью эндокринных желез, состоянием нервной системы и ответом тканей-мишеней (тканей, на которые направлено воздействие). Любое нарушение в каждом из этих звеньев быстро приводит к отклонениям от нормы. Избыточная или недостаточная продукция гормонов служит причиной различных заболеваний, сопровождающихся глубокими химическими изменениями в организме.
Изучением роли гормонов в жизнедеятельности организма и нормальной и патологической физиологией желез внутренней секреции занимается эндокринология.
Связь эндокринной и нервной систем
Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию высшего вегетативного центра мозга - гипоталамуса - на расположенную в мозге железу - гипофиз, образно именуемую «дирижером эндокринного оркестра». Нейроны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизинг-факторы), которые, поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосинтез и выделение тройных гормонов гипофиза. Тройные гормоны гипофиза, в свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней секреции (щитовидной, надпочечников, половых), которые в меру своей активности изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние на поведение.
Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации генетической информации предполагает существование на молекулярном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию активности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хромосомный аппарат. При этом одной из существенных функций нервной системы является регуляция активности генетического аппарата по принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами организма, влиянием среды и индивидуальным опытом. Другими словами, функциональная активность нервной системы может играть роль фактора, изменяющего активность генных систем.
Гипофиз может получать сигналы, оповещающие о том, что происходит в теле, но он не имеет прямой связи с внешней средой. Между тем, для того, чтобы факторы внешней среды постоянно не нарушали жизнедеятельность организма, должно осуществятся приспособление тела к меняющимся внешним условиям. О внешних воздействиях организм узнает через органы чувств, которые передают полученную информацию в центральную нервную систему. Являясь верховной железой эндокринной системы, гипофиз сам подчиняется центральной нервной системе и в частности гипоталамусу. Этот высший вегетативный центр постоянно координирует, регулирует деятельность различных отделов мозга, всех внутренних органов. Частота сердечных сокращений, тонус кровеносных сосудов, температура тела, количество воды в крови и тканях, накопление или расход белков, жиров, углеводов, минеральных солей – словом существование нашего организма, постоянство его внутренней среды находится под контролем гипоталамуса. Большинство нервных и гуморальных путей регуляции сходится на уровне гипоталамуса и благодаря этому в организме образуется единая нейроэндокринная регуляторная система. К клеткам гипоталамуса подходят аксоны нейронов, расположенных в коре больших полушарий и подкорковых образованиях. Эти аксоны секретируют различные нейромедиаторы, оказывающие на секреторную активность гипоталамуса как активирующее, так и тормозное влияние. Поступающие из мозга нервные импульсы гипоталамус «превращает» в эндокринные стимулы, которые могут быть усилены или ослаблены в зависимости от гуморальных сигналов, поступающих в гипоталамус от желез и тканей подчиненных ему.
Гипоталамус руководит гипофизом, используя и нервные связи, и систему кровеносных сосудов. Кровь, которая поступает в переднюю долю гипофиза, обязательно проходит через серединное возвышение гипоталамуса и обогащается там гипоталамическими нейрогормонами. Нейрогормоны - это вещества пептидной природы, которые представляют собой части белковых молекул. К настоящему времени обнаружено семь нейрогормонов, так называемых либеринов (то есть освободителей), которые стимулируют в гипофизе синтез тропных гормонов. А три нейрогормона - пролактостатин, меланостатин и соматостатин, - напротив, тормозят их выработку. К нейрогормонам относят также вазопрессин и окситоцин. Окситоцин стимулирует сокращение гладкой мускулатуры матки при родах, выработку молока молочными железами. Вазопрессин активно участвует в регуляции транспорта воды и солей через клеточные мембраны, под его влиянием уменьшается просвет кровеносных сосудов и, следовательно, повышается давление крови. За то, что этот гормон обладает способностью задерживать воду в организме, его часто называют антидиуретическим гормоном (АДГ). Главной точкой приложения АДГ являются почечные канальцы, где он стимулирует обратное всасывание воды из первичной мочи в кровь. Продуцируют нейрогормоны нервные клетки ядер гипоталамуса, а затем по собственным аксонам (нервным отросткам) транспортируют в заднюю долю гипофиза, и уже отсюда эти гормоны поступают в кровь, оказывая сложное воздействие на системы организма.
Тропины образующиеся в гипофизе не только регулируют деятельность подчиненных желез, но и выполняют самостоятельные эндокринные функции. Например, пролактин оказывает лактогенное действие, а также тормозит процессы дифференцировки клеток, повышает чувствительность половых желез к гонадотропинам, стимулирует родительский инстинкт. Кортикотропин является не только стимулятором стердогенеза но и активатором липолиза в жировой ткани, а также важнейшим участником процесса превращения в мозге кратковременной памяти в долговременную. Гормон роста может стимулировать активность иммунной системы, обмен липидов, сахаров и т.д. Также некоторые гормоны гипоталамуса и гипофиза могут образовываться не только в этих тканях. Например, соматостатин (гормон гипоталамуса, ингибирующий образование и секрецию гормона роста) обнаружен также в поджелудочной железе, где он подавляет секрецию инсулина и глюкагона. Некоторые вещества действуют в обеих системах; они могут быть и гормонами (т.е. продуктами эндокринных желез), и медиаторами (продуктами определенных нейронов). Такую двоякую роль выполняют норадреналин, соматостатин, вазопрессин и окситоцин, а также передатчики диффузной нервной системы кишечника, например холецистокинин и вазоактивный кишечный полипептид.
Однако не следует думать, что гипоталамус и гипофиз лишь отдают приказы, спуская по цепочке «руководящие» гормоны. Они и сами чутко анализируют сигналы, поступающие с периферии, от желез внутренней секреции. Деятельность эндокринной системы осуществляется на основе универсального принципа обратной связи. Избыток гормонов той или иной железы внутренней секреции тормозит выделение специфического гормона гипофиза, ответственного за работу данной железы, а недостаток побуждает гипофиз усилить выработку соответствующего тройного гормона. Механизм взаимодействия между нейрогормонами гипоталамуса, тройными гормонами гипофиза и гормонами периферических желез внутренней секреции в здоровом организме отработан длительным эволюционным развитием и весьма надежен. Однако достаточно сбоя в одном звене этой сложной цепи, чтобы произошло нарушение количественных, а порой и качественных соотношений в целой системе, влекущее за собой различные эндокринные заболевания.
Нервная система, посылая свои эфферентные импульсы по нервным волокнам прямо к иннервируемому органу, вызывает направленные локальные реакции, которые быстро наступают и столь же быстро прекращаются.
Гормональным дистантным влияниям принадлежит преимущественная роль в регуляции таких общих функций организма, как обмен веществ, соматический рост, репродуктивные функции. Совместное участие нервной и эндокринной систем в обеспечении регуляции и координации функций организма определяется тем, что регуляторные влияния, оказываемые как нервной, так и эндокринной системами, реализуются принципиально одинаковыми механизмами.
Вместе с тем все нервные клетки проявляют способность синтезировать белковые вещества, о чем свидетельствуют сильное развитие гранулярной эндоплазматической сети и обилие рибонуклеопротеидов в их перикарионах. Аксоны таких нейронов, как правило, заканчиваются на капиллярах, и синтезированные продукты, аккумулировавшиеся в терминалях, выделяются в кровь, с током которой разносятся по организму и оказывают в отличие от медиаторов не локальное, а дистантное регулирующее действие подобно гормонам эндокринных желез. Такие нервные клетки получили наименование нейросекреторных, а вырабатываемые и выделяемые ими продукты – нейрогормонов. Нейросекреторные клетки, воспринимая, как всякий нейроцит, афферентные сигналы от других отделов нервной системы, посылают свои эфферентные импульсы через кровь, т. е. гуморально (как эндокринные клетки). Поэтому нейросекреторные клетки, занимая в физиологическом отношении промежуточное положение между нервными и эндокринными, объединяют нервную и эндокринную системы в единую нейроэндокринную систему и таким образом выступают в роли нейроэндокринных трансмиттеров (переключателей).
В последние годы было установлено, что в составе нервной системы имеются пептидергические нейроны, которые, помимо медиаторов, выделяют и ряд гормонов, способных модулировать секреторную деятельность эндокринных желез. Поэтому, как уже отмечалось выше, нервная и эндокринная системы выступают как единая регулирующая нейроэндокринная система.
Классификация эндокринных желез
В начале развития эндокринологии как науки железы внутренней секреции пытались группировать по их происхождению из того или иного эмбрионального зачатка зародышевых листков. Однако дальнейшее расширение знаний о роли эндокринных функций в организме показало, что общность или близость эмбриональных закладок совершенно не предрешает совместного участия желез, развивающихся из таких зачатков, в регуляции функций организма.
Согласно современным представлениям, в эндокринной системе выделяют следующие группы желез внутренней секреции: нейроэндокринные трансмиттеры (секреторные ядра гипоталамуса, эпифиз), которые с помощью своих гормонов переключают информацию, поступающую в центральную нервную систему, на центральное звено регуляции аденогипофиззависимых желез (аденогипофиз) и нейрогемальный орган (задняя доля гипофиза, или нейрогипофиз). Аденогипофиз благодаря гормонам гипоталамуса (либеринам и статинам) выделяет адекватное количество тропных гормонов, которые стимулируют функцию аденогипофиззависимых желез (коры надпочечников, щитовидной и половой желез). Взаимоотношения аденогипофиза и зависимых от него желез внутренней секреции осуществляются по принципу обратной связи (или плюс-минус). Нейрогемальный орган собственных гормонов не продуцирует, но накапливает гормоны крупноклеточных ядер гипоталамуса (окситоцин, АДГ-вазопрессин), затем выделяет их в кровяное русло и таким образом регулирует деятельность так называемых органов-мишеней (матки, почек). В функциональном отношении нейросекреторные ядра, эпифиз, аденогипофиз и нейрогемальный орган составляют центральное звено эндокринной системы, тогда как эндокринные клетки неэндокринных органов (пищеварительной системы, воздухоносных путей и легких, почек и мочеотводящих путей, вилочковой железы), аденогипофиззависимые железы (щитовидная железа, кора надпочечников, половые железы) и аденогипофизнезависимые железы (околощитовидные железы, мозговое вещество надпочечников) являются периферическими железами внутренней секреции (или железами-мишенями).
Суммируя все выше сказанное, можно сказать, что эндокринная система представлена следующими основными структурными компонентами.
1. Центральные регуляторные образования эндокринной системы:
1) гипоталамус (нейросекреторные ядра);
2) гипофиз;
3) эпифиз.
2. Периферические эндокринные железы:
1) щитовидная железа;
2) околощитовидные железы;
3) надпочечники:
а) корковое вещество;
б) мозговое вещество надпочечников.
3. Органы, объединяющие эндокринные и неэндокринные функции:
1) гонады:
а) семенник;
б) яичник;
2) плацента;
3) поджелудочная железа.
4. Одиночные гормонопродуцирующие клетки:
1) нейроэндокринные клетки группы ПОДПА (APUD) (нервного происхождения);
2) одиночные гормонопродуцирующие клетки (не нервного происхождения).
Министерство сельского хозяйства
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего и профессионального образования
«Оренбургский государственный аграрный университет»
Кафедра микробиологии
И.В. Савина
Взаимосвязь иммунной, эндокринной и нервной систем регуляции
Методические указания для студентов, обучающихся по специальности «Микробиология», «Ветеринария»
Оренбург
Методическое указание к теме, предназначенной для самостоятельного изучение: «Взаимосвязь иммунной, эндокринной и нервной систем регуляции»
Методические указания обсуждены на заседании методической комиссии факультета Ветеринарной медицины ОГАУ и рекомендованы к опубликованию (протокол № от «» « » 2011г.)
ВВЕДЕНИЕ
В ходе иммунного ответа запуск в работу многочисленного ряда только внутрисистемных факторов регуляции нередко оказывается недостаточным для поддержания гомеостаза. Следом, иногда очень быстро, в регуляторный каскад событий включаются практически все гомеостатические системы регуляции, в том числе эндокринная и нервная. Нервная и эндокринная системы участвуют в регуляции обмена веществ, защите организма от химических, физических и других факторов. Иммунная система направлена главным образом против чужеродных биологических агентов, к которым нет рецепторов у нервной и эндокринной систем. Нервная, эндокринная и иммунная системы регуляции выступают, с одной стороны, как самостоятельные, а с другой - как тесно взаимосвязанные системы (рис. 45). От того как станут взаимодействовать эти регулирующие механизмы, в значительной мере будет зависеть и величина конкретного ответа иммунной системы на конкретный антиген: ответ будет нормальным или сниженным (при иммунодефиците), или даже повышенным (перед развитием аллергии.
Рис. 1. Взаимодействие между нейроэидокрннной и иммунной системами
Некоторые из возможных связей между эндокринной, нервной и иммунной системами. Черными стрелками показана симпатическая иннервация, серыми - воздействие гормонов, белыми - предполагаемые связи, эффекторные молекулы для которых не установлены (А.Ройт и др., 2000)
Имеются многочисленные факты, свидетельствующие о существовании взаимосвязи трех главных систем регуляции. Прежде всего это наличие хорошо развитой симпатической и парасимпатической иннервации центральных и периферических лимфоидных органов и рецепторов к нейромедиаторам и гормонам как в лимфоидных органах, так и на отдельных иммунных лимфоцитах (к катехоламинам, холинэргическим веществам, нейро- и миелопептидам). Известно, что не только воздействие со стороны нейроэндокринной системы влияет на развитие иммунного ответа, но и изменение функциональной активности иммунной системы (сенсибилизация, стимуляция выработки лим-фокинов, монокинов) приводит к характерным сдвигам электрофизиологических показаний нейрональной активности.
В центральной нервной системе и в железах внутренней секреции имеются рецепторы к интерлейкинам, миелопептидам, гормонам тимуса пептидной природы и другим медиаторам иммунной системы, обладающим нейротроп-ным действием. О существовании тесных функциональных взаимоотношений между нервной, эндокринной и иммунной системами говорит обнаружение в них общих гормонов и медиаторов. Например, в функционировании нервной системы существенная роль принадлежит нейропептидам - эндорфинам и энкефалинам, секретируемым некоторыми нейронами головного мозга. Эти же пептиды являются составной частью, действующим началом лейкоцитарного интерферона, миелопептидов костного мозга, тимозина, некоторых медиаторов Т-хелперов. Ацетилхолин, норадреналин, серотонин образуются в нервных клетках и в лимфоцитах, соматотропин - в гипофизе и лимфоцитах. Интсрлейкин-1 продуцируется преимущественно мононуклеарными фагоцитами. Его продуцентами также являются нейтрофилы, В-лимфоциты, нормальные киллеры, клетки нейроглии, нейроны головного мозга, периферические симпатические нейроны, мозговое вещество надпочечников.
В связи с общностью структуры многих медиаторов и рецепторов к ним в различных системах регуляции, антиген в организме вызывает активацию не только иммунной системы, но и нервной и эндокринной систем, которые по принципу обратной связи могут усилить или ослабить иммунный ответ. Характер реактивности зависит от природы, иммуногенности реагентов (различных белков).
Следует, однако, подчеркнуть, что нейроэндокринные факторы могут изменить лишь интенсивность ответной реакции (усиление или ослабление), но не могут изменить специфичность иммунного ответа. Модулирующее влияние на иммунную систему возможно через холин- и адренергические волокна и окончания в лимфоидных органах, а также через функциональные специализированные рецепторы к медиаторам и гормонам на лимфоидных клетках, т. е. это влияние возможно как в индуктивную (за счет увеличения количества антителообразующих клеток), так и в продуктивную (за счет увеличения синтеза антител без увеличения количества антителообразующих клеток) стадии иммунного ответа. В частности, холинотропные препараты резко увеличивают образование антител без увеличения количества плазматических клеток, а атропин снимает этот эффект.
Комплекс нейроэндокринных факторов потенцирует иммунный ответ в адаптационную стадию стресса. При длительном же действии стрессора как специфический, так и неспецифический иммунные ответы угнетаются. При глубоком стрессе, а также при применении высоких доз гормонов, обладающих иммуносупрессорным действием (гидрокортизон и др.), при различных заболеваниях, пересадке органов и тканей резко уменьшается популяция Т-киллеров, что в десятки и сотни раз повышает риск возникновения злокачественных опухолей.
Имеются наблюдения (В. В. Абрамов, 1988) о том, что под влиянием неблагоприятных факторов внешней среды (химических, биологических и физических) возможно истощение компенсаторных, адаптационных возможностей нервной системы, в том числе \ при длительном, чрезмерном поступлении информации от иммунной системы. Это может способствовать нарушению нервной регуляции иммунологических функций и, как следствие усилению «автономности» иммунной системы, нарушению ее функций иммунологического контроля, регулирования пролиферации и дифференцировки клеток различных тканей, повышению риска опухолевого роста в этих тканях и восприимчивости к инфекционным заболеваниям, нарушению процессов оплодотворения.
Приведенные выше факты указывают на то, что нормальное функционирование иммунной системы возможно лишь при нормальном функционировании нервной и эндокринной систем регуляции и при тесном их взаимодействии с иммунной системой.
Формирование нейроэндокринноиммунных взаимодействий закладывается уже в раннем онтогенезе. Большинство млекопитающих рождаются примерно с одинаковой степенью зрелости иммунной и нервной систем. Центральным звеном, координирующим нейроэндокринноиммунное взаимодействие, является гипоталамо-гипофизарная система, осуществляющая в пренатальном онтогенезе не только регуляторную, но и морфогенетичес-кую функцию, контролируя созревание иммунной системы и включение ее в регуляцию иммунологических функций. В частности, выраженность эндокринной функции гипофиза плода коррелирует с массой тимуса и созреванием в нем лимфоцитов (Л.А.Захаров, М. В. Угрюмов, 1998).
В постнатальный период завершается формирование нейроэндокринно-иммунных взаимодействий. Для сохранения динамического гомеостаза (в том числе иммунного) в организме животных нервная, иммунная и эндокринная системы объединяются в общую нейроиммунно-эндокринную систему. В этой системе они взаимодействуют по принципу взаимной регуляции, осуществляемой нейромедиаторами, неиропептидами, трофическими факторами, гормонами, цитокинами через соответствующий рецепторный аппарат.
Уникальность иммунной системы состоит в том, что она может участвовать во взаимной регуляции не только за счет продуцирования молекул цито-кинов, гормонов и антител, но и путем непрерывной циркуляции подвижных элементов этой системы - иммунокомпетентных лимфоцитов и вспомогательных (макрофаги и др.) клеток. Клетки иммунной системы могут одновременно выполнять рецепторные, секреторные и эффекторные функции и, обладая подвижностью, мобильно осуществлять свою цензорную, регуляторную и защитную роль в то время и в том месте организма, когда, где и с какой интенсивностью это требуется. Интенсивность и продолжительность иммунного ответа определяются как иммунной, так и другими системами регуляции.
У взрослых животных в реакцию организма на внедрение антигена вовлекаются гипоталамус, гиппокамп, миндальное ядро, холинергические, норадренергические, серотонинергические, дофаминергические нейроны некоторых других отделов мозга. Высшие отделы центральной нервной системы также способны влиять на состояние иммунной системы, в частности, показана возможность условно-рефлекторной стимуляции или угнетения иммунного ответа.
Ключевым звеном аппарата нервной регуляции иммунной системы является гипоталамус, а влияние других отделов мозга опосредуется гипоталамусом. Гипоталамус получает информацию о нарушении антигенного гомеостаза сразу же после внедрения иммуногена в организм от рецепторно-го аппарата иммунокомпетентных клеток через различные нейротрансмит-терные и нейрогормональные системы. Эти системы взаимосвязаны и дублируют активирующие и тормозящие нейрорегуляторные влияния на функции иммунологической защиты, что повышает надежность иммунорегуля-торного аппарата и обеспечивает возможность компенсации нарушений отдельных его звеньев (Г. Н. Кржыжановский, С. В. Мачаева, С. В. Макаров, 1997).
Гипоталамус участвует в регуляции иммунного ответа через симпатическую и парасимпатическую иннервации органов иммунной системы, а также посредством продукции нейрогормонов (либеринов и статинов), стимулирующих или ингибирующих синтез гормонов в аденогипофизе. Известны следующие регуляторные «оси»:
гипоталамус ->гипофиз -> тимус;
гипоталамус -> гипофиз -> щитовидная железа;
гипоталамус -> гипофиз -> кора надпочечников;
гипоталамус -> гипофиз -> половые железы.
Через эти «оси» гипоталамус влияет на синтез гормонов соответствующих желез, а через них - на иммунную систему.
Центральные и периферические органы иммунной системы иннерви-руются холинергическими, норадренергическими, серотонинергическими проводящими путями и пептидергическими волокнами, содержащими ме-тэнкефалин, субстанцию Р и другие нейропептиды.
Нервные окончания в тимусе, костном мозге, селезенке, лимфатических узлах и других лимфоидных органах приближаются к лимфоцитам на расстояния, сравнимые с таковыми для их контактов с мышечными и сосудистыми клетками. Лимфоциты и макрофаги вступают в непосредственный контакт с нервными волокнами и своими собственными рецепторами воспринимают нейрорегуляторные влияния (А. А. Ярилин, 1999).
Регуляторные факторы могут проникать в лимфоидные органы и гуморальным путем. Т-, В-лимфоциты, макрофаги и их предшественники могут вступать в контакт и с гуморальными регуляторными факторами, так как имеют рецепторы ко многим нейромедиаторам, нейропептидам, нейрогормонам и гормонам эндокринных желез. Так, например, известно, что Т- и В-лимфоциты имеют рецепторы к норадреналину, адреналину, ацетилхолину, серотони-ну, вазопрессину, глюкокортикоидам, b-эндорфину, фактору роста нервов, тиротропину; ЕК-клетки - к γ-эндорфину, норадреналину; макрофаги - к норадреналину, адреналину, субстанции Р, b-эндорфину, глюкокортикоидам. Количество рецепторов, экспрессированных на поверхности лимфоцитов и макрофагов, резко повышается при активации лимфоцитов антигеном. Например, у стимулированных антигеном макрофагов экспрессируется до 40 тыс. рецепторов, связывающих кортикостероиды.
Присоединение соответствующего лиганда к рецепторам стимулирует в клетках иммунной системы комплекс циклазных ферментов, которые включают последующие, характерные для каждого типа клеток внутриклеточные процессы.
Для функционирования иммунной системы исключительно важное значение имеет уровень секреции пептидных гормонов (тимозин, тимолин, Т-акти-вин и др.) эпителиальными клетками тимуса: их уменьшение в крови снижает способность Т-лимфоцитов к активации (в частности, к выработке ИЛ-2) и, как следствие, к снижению интенсивности иммунного ответа. Секрецию тимусных гормонов стимулируют прогестерон, соматотропин, пролактин, подавляют- глюкокортикоиды, андрогены, эстрогены. Ацетилхолин и холинергические стимулы в тимусе способствуют пролиферации и миграции тимоцитов, а сигналы, принимаемые b-адренорецепторами, подавляют пролиферацию лимфоцитов и повышают их дифференцировку.
Медиаторы вегетативной нервной системы и гормоны могут оказывать действие, подобное действию на тимус, на иммунную систему в целом, а именно: холинергические стимулы активизируют, а адренергические угнетают иммунную систему. Тироксин усиливает пролиферацию и дифферецировку лимфоцитов; инсулин - пролиферацию Т-клеток; а-эндорфин стимулирует гуморальный иммунный ответ, р-эндорфин - клеточный, но подавляет гуморальный. Кортикостероиды индуцируют апоптоз тимоцитов и других покоящихся лимфоцитов, особенно в стадии отрицательной селекции, снижают секрецию цитокинов и гормонов тимуса; кортикотропин снижает количество лимфоцитов циркулирующей крови и их функциональную активность; катехоламины (адреналин и норадреналин) подавляют пролиферацию и усиливают дифференцировку лимфоцитов (особенно Т-хелперов) и их миграцию в лимфатические узлы.
Гормоны и цитокины, образующиеся в тимусе и в отдельных клетках иммунной системы, в свою очередь, могут влиять на активность эндокринной и нервной систем. Изменения электрической активности гипоталамических структур, наступающие при поступлении антигена в организм, сохраняются на протяжении всего периода индуктивной и продуктивной фаз иммунного ответа, с изменением ультраструктуры нейронов, синапсов, астроцитов, уровня окситоцина, вазопрессина, дофамина, норадреналина, серотонина в различных отделах мозга. Гормоны тимуса - тимопоэтин и ИЛ-1, продуцируемые фагоцитами, В-лимфоцитами, ЕК-клетками, усиливают секрецию глюкокортикоидов, тем самым ограничивая (подавляя) иммунный ответ.
В осуществлении взаимосвязи нервной, эндокринной и иммунной систем регуляции по поддержанию динамического, в том числе иммунного, го-меостаза важная роль принадлежит опиоидным пептидам, в секреции которых участвуют клетки всех трех основных систем регуляции.
Нейроны, иммунокомпетентные клетки, клетки гипофиза и некоторых других эндокринных желез не только синтезируют идентичные физиологически активные вещества, но и имеют идентичные к ним рецепторы. Так, например, в костном мозге, тимусе, селезенке, стимулированных Т-лимфоцитах (в том числе в Т-хелперах), в макрофагах обнаружены регулируемый ген про-опиокортина, идентичный гену некоторых секреторных клеток гипофиза, а также м-РНК, отражающая его структуру. Из проопиокортина, состоящего из 134 аминокислотных остатков, при ограниченном протеолизе образуется кортикотропин (АКТГ), в состав которого входят 39 аминокислотных остатков и |3-липотропин, насчитывающий у свиньи и овцы 91 аминокислотный остаток (Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин, 1998). У свиньи и овцы молекулы (3-ли-потропина имеют одинаковое количество аминокислотных остатков, но существенно различаются в последовательности аминокислот. Однако последовательности аминокислот с 61 по 91 у всех исследованных видов животных и у человека одинаковы, и при специфическом протеолизе липотропина из них образуются (в ткани мозга, аденогипофизе, иммунокомпетентных клетках и макрофагах) биологически активные пептиды, обладающие опиотоподобным действием: метэнкефалин (61 - 65), a-эндорфин (61 - 76), γ-эндорфин (61-77), d-эндорфин (61-79), b-эн-дорфин (61 -91). Все они принимают участие (как медиаторы) в нейроэндокринноиммунных взаимодействиях и, подобно морфину, снимают болевые ощущения.
Суммарная активность синтезируемых в лимфоидной системе опиоидов сравнима с активностью наиболее интенсивного их продуцента - гипофиза, причем процессинг проопиокортина в гипофизе и лимфоцитах осуществляется одинаково.
Эффект от взаимодействия какого-либо из опиоидных пептидов с рецепторами различных клеток может быть различным в зависимости от того, на какой ответ запрограммирована та или иная клетка при активации данного рецептора. Например, b-эндорфин нейронального, костномозгового, лимфо-цитарного происхождения (т.е. независимо от происхождения), связавшись с опиоидными рецепторами центральной нервной системы, оказывает анальгетический эффект, а воздействуя на лимфоциты, вызывает (в зависимости от дозы) изменение величины иммунного ответа, активирует ЕК-клетки, повышает синтез ИЛ-2 и его экспрессию на Т-лимфоцитах, а также стимулирует хемотаксис макрофагов и других лейкоцитов. В свою очередь, ИЛ-1 и ИЛ-2 повышают экспрессию генов проопиокортина в клетках гипофиза и секрецию ими эндорфина (Г. Н. Кржыжановский и др., 1997).
Помимо опиоидных пептидов в осуществлении нейроэндокринно-иммунных взаимодействий участвуют и другие биологически активные вещества, в том числе ацетилхолин, норадреналин, серотонин, дофамин, гипоталамические либерины, соматотропин, кортикотропин, нейротензин, вазопрессин. интерлейкины и пр. Гормон тимуса (тимозин) воспринимается нейрональными структурами, вызывая у животных изменение поведенческих реакций, стимулирует активность регуляторных систем гипоталамус - гипофиз - кора надпочечников, гипоталамус - гипофиз - гонады, в гипофизе стимулирует секрецию эндорфинов, в иммунной системе - иммунный ответ.
Таким образом, нервная, эндокринная и иммунная системы работают по принципу взаиморегуляции, которая обеспечивается комплексом связанных между собой механизмов, в том числе участием дублирующих факторов регуляции. Эти механизмы регуляции действуют на клеточном, системном и межсистемном уровнях, обеспечивая высокую степень надежности нейро- эндокринно-иммунологических процессов регуляции.
В то же время высокий уровень реактивности всех систем регуляции и сложность организации их аппарата являются факторами риска развития иммунологических, неврологических и эндокринных расстройств, так как при патологии одной системы повышается риск расстройства других систем. В частности, нарушения нейроэндокринных механизмов регуляции могут играть важную роль в патогенезе иммунологических расстройств, а иммунологические механизмы могут участвовать в патогенезе нервных и эндокринных болезней. При срыве компенсаторных механизмов может возникнуть сочетанная патология нервной, эндокринной и иммунной систем независимо от первичной локализации патологического процесса в той или иной системе (Г. Н. Кржыжановский и др., 1997).
Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите факты, свидетельствующие о существовании взаимосвязи трех главных систем регуляции.
2. Как действуют на иммунную систему эндокринные факторы?
3. Как происходит формирование нейроэндокриноиммунных взаимодействий в онтогенезе?
4. В чем состоит уникальность иммунной системы?
5. Каково значение уровня секреции пептидных гормонов для функционирования иммунной системы?
6. К чему приводит высокий уровень реактивности всех систем регуляции?
Список использованной литературы:
1. Балаболкин М.И. Эндокринология, - Универсум паблишинг. - М., 1998 – 584 с.
2. Воронин Е.С. Иммунология. – М.: Колос-Пресс, 2002.- 408 с.
3. Иммунология: Учеб. для студентов вузов/В.Г. Галактионов.- 3-е изд., испр. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 528 с.
4. Сапин М.Р., Этинген Л.Е. Иммунная система человека. – М.: Медицина, 1996. – 304с.
