Гормоны — это химические соединения, причем одна их группа относится к классу белковых соединений, а другая — к классу стероидов, которые по своему химическому строению напоминают известный всем холестерин. Образуются гормоны в железах внутренней секреции. К ним относятся щитовидная железа, расположенная на шее близ гортани, надпочечники— две маленькие железки, каждая из которых весит не более 10 граммов, — лежащие над правой и левой почкой, поджелудочная железа, половые железы, гипофиз и др.
Все эти органы называют железами внутренней секреции, или эндокринными железами, потому что они выделяют свой секрет непосредственно в кровь, в противоположность железам-наружной секреции, выделяющим обычно свои соки через специальный проток в полость, как, например, слюнные железы, или на поверхность тела — потовые железы.
Гормоны выделяются в кровь в чрезвычайно малых количествах. Так, гормон адреналин содержится во всей крови человека в количестве, не превышающем одной двухсотмиллионной доли грамма. Все население нашей огромной страны содержит около одного грамма этого гормона. Кровь около 3 000 человек содержит приблизительно грамм очень важного гормона гидрокортизона. И вот такие малые количества химических соединений имеют решающее значение для жизни и здоровья человека!
Рассмотрим для примера деятельность поджелудочной железы. В ней сосредоточены особого рода клетки, которые называются островками Лангерганса. В них-то и синтезируется гормон инсулин. Поступая в кровь, он обеспечивает нормальное превращение и усвоение организмом основного энергетического вещества пищи — сахара. Если эти островки в результате каких-либо изменений перестанут выделять гормон, то нарушатся химические превращения сахара, он перестанет усваиваться. Количество сахара в крови резко возрастет, и он начнет выделяться с мочой. Кроме того, вследствие неправильных превращений сахара образуются вредные, токсические для организма продукты (например, ацетон), которые будут вызывать дальнейшие расстройства процессов обмена веществ.
Как видим, сахарная болезнь, или диабет, возникает не в результате проникновения в организм возбудителя болезни, например туберкулезных бацилл или вируса полиомиелита, а лишь потому, что нарушилась регуляция химических превращений сахара.
Еще 40 лет назад медицина не умела лечить таких больных. Позднее, когда благодаря исследованиям биохимиков и эндокринологов выяснилось, что это заболевание связано с недостатком в организме инсулина, научились выделять его из ткани поджелудочной железы рогатого скота. В настоящее время наша промышленность производит в огромных количествах инсулин, и диабет перестал быть столь грозным заболеванием.
В качестве второго примера, характеризующего значение гормонов для здоровья человека, можно упомянуть гормоны надпочечников. Ученым давно было известно, что если у животного удалить эти маленькие железки, оно погибнет.
Химики и биохимики выделили из надпочечников несколько десятков стероидных соединений. Биологи, исследовавшие стероидные соединения в различных химических реакциях, пришли к выводу, что некоторые из них являются гормонами. Химики научились теперь не только синтезировать эти гормоны, но и изменять их свойства, то есть совершенствовать создания самой природы.
Главный гормон надпочечников — гидрокортизон (кортизон) обеспечивает нормальное протекание реакций обмена белков, углеводов и жиров. Другой гормон — альдостерон — регулирует обмен солей в организме.
Стероидные гормоны коры надпочечников или, как их называют, кортикостероиды, применяются ныне не только тогда, когда нарушаются функции коры надпочечников. Широко и с успехом они используются при различных заболеваниях суставов, при бронхиальной астме, болезнях кожи и т. д. Они незаменимы в хирургической практике, когда в результате травмы или тяжелой операции резко падает кровяное давление. Введение гидрокортизона, как правило, нормализует кровяное давление.
Гормоны в чистом виде выделяют из тканей животных с помощью этого сложного аппарата
Можно сформулировать общее правило: кортикостероиды полезны во всех случаях, когда требуется мобилизация сил организма. Кстати, этим правилом постоянно пользуется организм человека и животных с помощью системы регуляции, созданной природой. Так, многочисленными исследованиями установлено, что когда организм оказывается в состоянии напряжения (физическая травма, хирургическая операция, действие низкой температуры и т. д.), надпочечники резко повышают выделение стероидных гормонов в кровь. Иногда этого оказывается недостаточно и тогда приходится прибегать к искусственному их введению.
Каковы же механизмы, с помощью которых организм регулирует поступление гормонов в кровь? Таких механизмов много. В качестве примера рассмотрим реакцию организма на холод.
Резкое падение температуры окружающей среды воспринимается окончаниями периферических нервов, расположенными на поверхности тела. Импульсы, возникающие в нервах, передаются в центральную нервную систему, в ту ее часть, которая носит название подбугорья (гипоталамус). При этом в гипоталамусе выделяются химические вещества, поступающие по кровеносным сосудам в переднюю долю гипофиза (придаток мозга). Тогда в гипофизе увеличивается скорость образования и выделения адренокортикотропного гормона, являющегося специфическим стимулятором коры надпочечников. Повышенное выделение кортикостероидов и обеспечит изменение обмена веществ и приспособление организма к низкой температуре. Разумеется, что в сложные реакции приспособления к холоду, кроме надпочечников, вовлекаются и другие железы.
Регуляция скорости поступления гормонов в кровь может осуществляться и с помощью более простых механизмов. Например, если искусственно ввести в организм кортикостероиды и повысить таким образом их концентрацию, то в ответ на это кора надпочечников перестанет синтезировать и выделять соответствующие гормоны. То же произойдет и со щитовидной железой, если в организме окажется избыток гормона этой железы — тироксина.
Скорость поступления в кровь гормона инсулина повышается под влиянием избыточного количества сахара в крови. Эта зависимость является замечательным примером биохимического приспособления организма, созданного природой: чтобы использовать сахар, необходим инсулин, и именно сахар является стимулятором выделения инсулина.
Говоря о сложных процессах обмена веществ, необходимо иметь в виду, что различные железы функционально связаны между собой. Так, повышенное выделение гормона щитовидной железы вызовет, с одной стороны, усиленный распад гормонов коры надпочечников и, с другой — повысит их поступление в кровь. Избыточное выделение инсулина сопровождаётся повышенным выделением адреналина, и наоборот. Следовательно, если в результате болезни или возрастных изменений какая-либо железа внутренней секреции начнет функционировать неправильно, это скажется на функции других желез.
Чтобы овладеть гормональной регуляцией и поставить ее на службу практической медицине, ученые многих стран мира ведут исследования в нескольких направлениях. Они расшифровывают сложнейшую схему механизмов, с помощью которой регулируется скорость поступления гормонов в кровь при различных состояниях организма. Тщательно изучают соотношения гормонов в организме при различных болезнях и старении. Знание этих соотношений позволит устранять всякого рода нарушения в гормональном снабжении организма путем простого введения искусственно созданных гормонов. Третий путь, по которому идут ученые, это выяснение механизмов непосредственного действия гормонов на реакции синтеза и превращения веществ в организме.
До конца познать процессы обмена веществ, научиться управлять ими — это чрезвычайно важная и увлекательная задача современной медико-биологической науки. Успешное решение ее даст врачам средства, с помощью которых можно будет устранять многие заболевания, продлить жизнь человека. В январском Постановлении «О мерах по дальнейшему развитию биологической науки и укреплению ее связи с практикой» Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР четко определили, что одной из основных проблем биологической науки является изучение обмена веществ в организмах, способов управления процессом обмена.