Гормони регулюють функції організму через складні механізми зворотного зв'язку

Гормони є молекулами-посередниками, які координують різні функції організму, переносячи повідомлення через кровотік до клітин та тканин-мішеней. Ці речовини синтезуються ендокринними залозами у відповідь на специфічні внутрішні або зовнішні стимули. Гормональні дисбаланси виникають через недостатній або надмірний синтез гормонів, що може негативно впливати на фізичне та психічне благополуччя людини.

Основні ендокринні залози та їх функції включають гіпоталамус, який виробляє гормони, що стимулюють або пригнічують гіпофіз. Серед них гонадотропін-рилізинг гормон, який запускає вивільнення фолікулостимулюючого гормону, тиреотропін-рилізинг гормон, що призводить до вивільнення тиреостимулюючого гормону, та дофамін, який пригнічує вивільнення пролактину.

Гіпофіз продукує фолікулостимулюючий гормон, який сприяє розвитку фолікулів та виробництву сперматозоїдів, тиреостимулюючий гормон, що запускає вивільнення гормонів щитоподібної залози, окситоцин, який викликає скорочення матки, та лютеїнізуючий гормон, що стимулює вироблення естрогену та тестостерону.

Наднирники виробляють кортизол, який регулює метаболізм вуглеводів, білків та ліпідів і викликає стресову реакцію організму типу «бий або біжи». Статеві залози, включаючи яєчки та яєчники, продукують тестостерон, естроген та прогестерон, які беруть участь у розвитку репродуктивних органів, здоров'ї м'язів та кісток, а також вторинних статевих ознаках, пов'язаних із статевим дозріванням.

Щитоподібна залоза виробляє гормони, включаючи трийодтиронін та тироксин, які контролюють метаболічні процеси в усіх клітинах. Підшлункова залоза продукує інсулін та глюкагон, які регулюють метаболізм вуглеводів.

Вчені класифікують гормони на основі загальної молекулярної структури, розміру та хімічних властивостей. Існують три основні класи гормонів: ліпіди, аміни та пептиди. Ліпідні гормони є переважно стероїдними гормонами, синтезованими з холестерину в наднирниках та статевих залозах. Ці гормони відіграють важливу роль у статевій диференціації, рості та розмноженні.

Амінні гормони походять від модифікованих амінокислот, зокрема триптофану або тирозину. Наприклад, триптофан є попередником мелатоніну, амінного гормону, що виробляється шишкоподібною залозою в мозку. Цей гормон регулює цикли сну та неспання, сприяє імунній відповіді та модулює старіння.

Пептидні гормони містять амінокислотні ланцюги, які варіюються за розміром, від дуже коротких поліпептидних ланцюгів, таких як окситоцин, до більших білків, включаючи інсулін та фолікулостимулюючий гормон. Ці гормони є важливими для регулювання енергетичного гомеостазу, контролю апетиту та підтримання репродуктивних процесів.

Гормони циркулюють у крові самостійно або як комплекси, зв'язані зі специфічними плазматичними білками, такими як глобуліни або альбумін. Коли циркулюючі гормони досягають клітини-мішені, вони взаємодіють зі специфічними рецепторами на поверхні клітини або всередині клітини та викликають серію біохімічних реакцій, що змінює активність клітини.

Гормональні рецептори містять сайти зв'язування, які є високо комплементарними до специфічних молекул гормонів. Водорозчинні або гідрофільні гормони легше зв'язуються з білковими рецепторами, вбудованими на поверхні клітини, тоді як ліпідорозчинні гормони проникають через мембрану клітини-мішені та зв'язуються з внутрішніми рецепторами.

Стероїдні гормони та амінні гормони взаємодіють з рецепторами в цитоплазмі або всередині клітинного ядра та утворюють гормон-рецепторні комплекси. Цитоплазматичні комплекси часто переміщуються до ядра, де вони взаємодіють з ДНК та врешті регулюють активність гормон-чутливих генів.

На відміну від них, пептидні гормони не можуть проникати в клітини та зв'язуються лише з поверхневими рецепторами клітин. Взаємодія між цими гормонами та їх поверхневими рецепторами може безпосередньо активувати внутрішньоклітинні сигнальні шляхи, впливаючи на функції, такі як клітинний метаболізм.

Організм суворо регулює вироблення та вивільнення гормонів через петлі зворотного зв'язку, які можуть включати більше одного гормону для підтримання гомеостазу. Більшість гормонів регулюються механізмами негативного зворотного зв'язку, на відміну від механізмів позитивного зворотного зв'язку.

Наприклад, у системі негативного зворотного зв'язку, що регулює секрецію глюкагону та інсуліну, стимул запускає вивільнення гормону в кров. Коли рівень глюкози в крові досягає заздалегідь визначеного порогу, це запускає секрецію інсуліну з клітин підшлункової залози, посилюючи клітинне поглинання глюкози та знижуючи кількість глюкози в крові.

Кілька захворювань пов'язані з надмірною або недостатньою секрецією гормонів. Гормональний дисбаланс може виникнути через порушення в будь-якій точці складної системи зворотного зв'язку, що регулює гормони, або через порушений розвиток ендокринних залоз. Наприклад, аберантне вироблення кортизолу, альдостерону та дегідроепіандростерону може сприяти дисбалансу наднирникових гормонів, що викликає оксидативний стрес.

Гормональні дисбаланси також виникають внаслідок генетичних розладів, інфекцій або захворювань ендокринних залоз, включаючи пухлини. Наприклад, хвороба Кушинга виникає внаслідок пухлини гіпофіза або іншої ектопічної пухлини, що призводить до надмірного вироблення адренокортикотропного гормону, викликаючи високий кров'яний тиск та ожиріння.

Гормональні дисбаланси можуть також виникати під час процесу старіння. Пов'язані з віком біохімічні зміни можуть знижувати ефективність ендокринної системи та чутливість клітин-мішеней. Наприклад, старіння може призвести до зниження рівня мелатоніну, що може викликати порушення сну, або зниження рівня гормону росту, що може сприяти втраті м'язової маси та змінити чутливість до інсуліну.

Клініцисти діагностують ендокринні розлади на основі симптомів, фізичного обстеження, візуалізаційних тестів, генетичного профілювання та аналізу сечі та крові для визначення аномалій у рівнях гормонів або ендокринних залозах. Після діагностики вони можуть лікувати специфічний розлад за допомогою медикаментів, хіміотерапії, променевої терапії або хірургії, за потреби.

Вчені розробили терапевтичні засоби, що націлені на специфічні клітинні рецептори, імітуючи гормони для сприяння певним функціям. Наприклад, клініцисти лікують гіпотиреоз левотироксином, який імітує гормон тироксин, що знижений у пацієнтів із цим станом. Бета-блокатори є ще одним поширеним прикладом терапевтичних агентів, що націлені на гормональні рецептори.

Вчені також досліджують дієтичні втручання для гормональних дисбалансів, включаючи харчові антиоксиданти, такі як вітамін Е, вітамін С, селен, цинк, каротиноїди та пробіотики, для потенційного пом'якшення негативних ефектів дисбалансу наднирникових гормонів.