Ministerul Educaţiei al Republicii Moldova

Universitatea de Stat din Moldova

Facultatea Biologie și Pedologie,

Departamentul de biologie și ecologie

ReferatTema :

Reglarea umorala a sistemelor biologice

A efectuat : A verificat Masterant , Rusu Sergiu Corlateanu Alexandru , doctor biologieAnul I , Stiințe biologice conferențiar universitaraplicate

REGLAREA  ENDOCRINA A FUNCTIILOR ORGANISMULUI

Sistemul endocrin reprezinta cel de-al II-lea sistem de semnalizare si de reglare a organismului dupa  sistemul nervos. Amplifica si prelungeste in timp reactia adaptativa declansata de sistemul nervos si asigura acestuia fondul metabolic necesar.

Prin varietatea hormonilor existenti, reglarea endocrina se poate adresa tuturor sistemelor celulare, sau numai anumitor tipuri celulare. De exemplu,  hormonii somatotropi actioneaza in grade variabile asupra tuturor tesuturilor si organelor, in timp ce hormonii gonadotropi actioneaza in primul rand asupra gonadelor.

Hormonul este mesagerul endocrin cu actiune sistemica, eliberat de celula "sursa" aflata la distanta de celula "tinta", si la care ajunge prin sange sau limfa. Un  hormon, din punct de vedere fiziologic, este suportul unei informatii cu rol de a modula sau orienta functionalitatea tesuturilor receptoare sau tesuturilor "tinta", in functie de nevoile actuale ale economiei organismului. Concentratia hormonala din mediul intern este extrem de joasa in raport cu amplitudinea metabolismului pe care o comanda, ceea ce presupune ca informatia purtata de un hormon sa fie "recunoscuta" selectiv, "tradusa" si "amplificata" de receptori specifici.

Mecanismul de actiune al hormonilor  difera in functie de natura lor:

§         hormonii polipeptidici - actioneaza pe receptorul membranar specific cuplat cu o enzima

Hormon Numar de resturi aminoacidice Loc de sinteza

Hormonul eliberator al tireotropinei (TRH)

3 Hipotalamus

Met-encefalina 5 Hipotalamus

Leu-encefalina 5 Hipotalamus

Angiotensina II 8 Sânge

Vasopresina (ADH) 9 Neurohipofiza

Oxitocina 9 Neurohipofiza

§         hormonii steroizi - traverseaza membrana celulara, se fixeaza pe receptori citoplasmatici, formand un complex hormon-receptor; acesta interactioneaza apoi cu o structura ADN specifica, determina activarea unor gene si sinteza de proteine specifice care mediaza efectul hormonal;

Hormonii steroizi sunt hormoni ce au ca precursor comun colesterolul

Estradiol Estrona testosteron 1.25 dihidroxicolecalciferol Cortisol Aldosteron

§         hormonii tiroidieni - se fixeaza pe receptori nucleari (ADN specific) si activeaza gene care determina sinteza de proteine specifice ce mediaza efectul hormonal.

Metabolismul hormonilor tiroidieni (T3 şi T4)

Receptorii hormonali pot fi de doua tipuri: .receptori membranari si receptori intracelulari

1 Receptorii hormonali membranari sunt de obicei de naturii glicoproteica si sunt componente ale celulelor tinta. Rceptorul hormonal trebuie sa aiba proprietatea ca recunoaste hormonul, il fixeaza si apoi initiaza evenimentele care se constituie drept raspuns celular specific, la mesajul hormonal. Tinand cont de faptul ca in fluidul extracelular hormonii sunt prezenti in concentratie mica (aproximativ 10 -15 – 10 -9mol/l) rezulta ca receptorii hormonali din membrana plasmatica trebuie sa aiba o mare specificitate pentru a putea distinge dintre multe alte molecule pe cea a hormonului fata de care are o mare afinitate

Fig.2.1. Specificitatea receptorilor hormonali

       Hormonii initiaza efectele lor biologice la nivelul celulelor tinta dupa ce hormonul se leaga la receptorul corespunzator.

      Receptorii sunt proteine ce difera prin specificitatea lor pentru liganzi (hormoni) si prin localizarea lor in celula.

      Prof.dr.Elena Cristea sustine in 1991 ca interactiunea hormon-receptor este aseamanatoare interactiunii unei enzime cu substratul ei,legarea hormonului la receptor facandu-se prin forte slabe,necovalente,specificitatea interactiunii fiind asigurata de complementaritatea sterica a hormonului  si a situsului de legare de pe receptor.

      Receptorii membranari au dimensiuni mai mari decat ale hormonilor.

      Legea hormonilor este ireversibila:

In complexul hormon receptor se produc modificari conformationale, care se transmit altor intermediari pentru obtinerea unui raspuns celular.

in structura proteinei cu rol de receptor hormonal se afla cel putin doua domenii active, unul pentru fixarea hormonului si celalalt care transduce (prelucreaza si transmite) semnalul extern unui mecanism efector intracelular. Prin acest mecanism se va genera raspunsul celular. Multe proteine receptori hormonali sunt proteine oligomere sau proteine multidomeniale.

Fig.2.3 Receptor β-adrenergic (model) in membrana plasmatica

Resturile de serina ce se fosforileaza in prezenta kinazelor specifice se gasesc in segmentul C-terminal, intracelular. Hormonul are situsul de legare intr-un buzunaras delimitat de elicele transmembranare si este localizat pe fata externa.

Se cunosc urmatoarele tipuri de receptori membranari:

          Receptori legati de proteinele G

   Se numesc proteinele G deoarece fixeaza nucleotide cu guanina. Acesti receptori din punct de vedere structural contin sapte segmente elicoidale transmembranare asemanator receptorului P-adrenergic. Complexul hormon-receptor transmite semnalele prin intermediul proteinei G unui sistem elector. Sistemul efector este responsabil de sinteza „mesagerilor secunzi”(AMPc,GMPc,   IPs,   DAG,   Ca2+).   Mesagerii   secunzi   vor   conduce   la   obtinerea raspunsului celular.

  Receptori legati de canale ionice

Fixarea li gandului (H) induce modificarea conformationala a acestui tip de receptor, fapt ce va permite trecerea unor ioni specifici. Aceasta trecere produce o modificare a potentialului electric membranar -exemplu: receptorii pentru acetilcolina de la nivelul jonctiunilor neuromusculare. Prin legarea acetilcolinei la un asemenea receptor se va permite Na+ sa treaca in interior, iar K+ in exteriorul celulei tinta. 

 Receptori asociati cu proteinkinaze tirozin specifice

Acesti receptori prezinta proprietatea ca au activitate intrinseca de tirozinkinaze   (fosforileaza  resturile   de  tirozina)   si   in aceelasi   timp   sunt

substratul acestor enzime. Fosforilarea la resturile de tirozina nu se face in mod curent in prezenta diferitelor kinaze, din aceste considerente aceasta fosforilare este un „eveniment' ce se asociaza cu procesul de proliferare celulara.

Receptorii insulinei si ai unor factori de crestre ( PDGF, EGF, etc) dispun de un astfel de mecanism de reglare. Prin fixarea hormonului de receptor se declanseaza autofosforilarea la resturi de tirozina ce are drept consecinta alterarea functiei sale. in ceea ce priveste receptorul insulinei acesta din punct de vedere structural este un heterotetramer α2β2(Fig.2.5.).

Fig.2.5. Receptori asociati proteinkinazelor tirozin specifice

1.    receptor insulinic si IGF-1 .

2.    receptor EGF si NGF

 3.   receptor PDGF si VEGF

     Subunitatile a sunt extracelulare, subunitatile P au capetele N-terminale extracelulare, urmate de un segment transmenbranar, si apoi capatul C-terminal in citoplasma. Puntile disulfurice leaga subunitatile a si p. Subunitatile P contin doua domenii ce prezinta activitate proteinkinazica.    Legarea insulinei la receptor se face la nivelul lanturilor a. Prin aceasta legare a hormonului de receptor se produc modificari conformationale ale receptorului, urmate de autofosforilarea resturilor de tirozina din domeniul catalitic citosolic al subunitatilor β.Prin reactia de autofosforilare a receptorului creste efeicienta acestuia ca proteinkinaza, astfel sunt fosforilate unele proteine celulare, care reprezinta raspunsul celular.Prin fixarea ligandului (insulina, factor de crestere asemanator insulinei (IGF-1), factorul de crestere epidermal (EGF), factorul de crestere al nervilor (NGF), factorul de crestere derivat din placute (PDGF), factorul de crestere al endoteliului vascular (VEGF) la receptorul specific se produc modificari conformationale ale acestuia care determina activarea domeniului catalitic localizat in partea citosolica a receptorului.     Fosforilarea resturilor de tirozina din proteinele tinta activeaza proteinele care induc proliferarea si diferentierea celulara. Activitatea tirozinkinazica persistenta datorita mutatiilor, face ca acesti receptori sa faciliteze si proliferarea maligna (aberanta) a celulelor, situatie intalnita la diferite tipuri de cancere.

2   Receptori intracelulari

    Acesti receptori sunt specifici pentru hormonii steroizi si tiroidieni. Acesti hormoni fie penetreaza membrana plasmatica a tesuturilor .tinta prin difuzie fie sunt ajutati de anumite proteine. Receptorii acestor hormoni sunt nucleari. Exista posibilitatea ca unii receptori de acest tip sa se gaseasca si in citoplasma celulelor, dar in acest caz complexul hormon-receptor ce se formeaza in citoplasma trebuie sa se transfere in nucleu. Pentru acesti hormoni exista receptori ce fixeaza hormonul intr-un domeniu dinspre capatul C-terminal. In structura receptorului exista

un domeniu central care permite fixarea receptorului la cromatina nucleara (ADN). Catre capatul N-teminal al acestor receptori exista un domeniu imunogenic. Ca regula, numai complexele hormon-receptor se pot fixa pe anumite portiuni ale unei gene, denumite „hormon-responsive element', de unde complexul format regleaza viteza de transcriere a genei. Portiunile de ADN la care se leaga complexele receptor-hormon au fost evidentiate experimental, constatandu-se ca glucocorticoizii, aldosterona, progesterona si androgenii se leaga in aceelasi loc pe ADN. in schimb hormonii tiroidieni si estrogenii au portiuni diferite de legare pe ADN. Receptorul si chiar hormonul dupa producerea raspunsului celular pot sa se desprinda din complex putand fi astfel recirculate.

Reglarea endocrina cuprinde  mai multe aspecte:

§         autoreglare prin circuite feed-back;

§         reglare prin actiune de comanda nervoasa;

§         reglare prin actiunea unor factori umorali.

 De exemplu, stresul induce asupra cortexul o stare de excitatie transmisa si hipotalamusului, cu activarea sistemului nervos vegetativ simpatic si a medulosuprarenalei. Productia crescuta de catecolamine participa printr-un circuit de tip feed-back pozitiv la amplificarea starii de stres. In acelasi timp catecolaminele determina hiperglicemie ca reactie adaptativa la starea de stres, iar aceasta  reprezinta un factor de reglare umoral care stimuleaza celulele b-pancreatice secretoare de insulina. Insulina este un hormon hipoglicemiant  care ca va aduce glicemia la valori normale, in cadrul unuimecanism feed-back negativ cu participare hormonala.

            In concluzie, sistemul nervos antreneaza glandele endocrine in reactiile de adaptare ale organismului, iar hormonii la randul lor, influenteaza activitatea sistemului nervos. Hormonii amplifica si prelungesc in timp reactiile declansate de sistemul nervos, asigurand fondul metabolic necesar acestor reactii. 

 REGLAREA NERVOASA A FUNCTIILOR ORGANISMULUI

Sistemul nervos este primul sistem de comanda al organismului avand urmatoarele avantaje:

§         este rapid;

§         prezinta mobilitate maxima;

§         prezinta finete in executie;

§         poate anticipa actiunea unui stimul;

§         poate controla reactia de raspuns.

            Rolul central al sistemului nervos rezida si din  legaturile pe care le stabileste intre partile constitutive ale organismului, cat si intre mediul extern si mediul intern. Sistemul nervos are rol reglator si integrator, putand modifica activitatea intregului organism prin interventie directa, prin intermediul hormonilor si prin modificarea circulatiei generale si locale. La randul sau,

sistemul nervos suporta efectul propriei lui activitati, precum si al activitatii tuturor sistemelor celulare.

Activitatea nervoasa reglatoare se realizeaza ierarhizat:

a. activitate nervoasa reflexa elementara - implica maduva spinarii si trunchiul cerebral;

b. activitatea nervoasa integrativa subcorticala - implica structuri nervoase subcorticale si asigura suportul motivational si functionalitatea automata a comportamentului somatic si vegetativ;

c. activitatea nervoasa integrativa corticala - implica cortexul care asigura suportul voluntar si constient al comportamentului somatic si vegetativ.

             

ACTIVITATEA NERVOASA REFLEXA ELEMENTARA

Reflexul este un act nervos care transforma un stimul senzitiv sau senzorial in reactie efectoare. Reflexele pot fi:

a. elementare - innascute, care se manifesta  constant si fara participarea constientei; se clasifica in:

§         somatice  - exteroceptive (cutanate);

                  - proprioceptive (musculo-tendinoase si  osteo-articulare);

§         vegetative - simpatice si parasimpatice.

b. conditionate - dobandite, variabile, se formeaza si dispar continuu, se manifesta inconstant, cu participarea constientei si au un caracter anticipativ.

            Arcul reflex este suportul material al reflexului elementar si  cuprinde cinci elemente:

§         receptorul;

§         calea aferenta (nervul senzitiv);

§         centrii nervosi (maduva spinarii si trunchiul cerebral);

§         calea eferenta (nervul motor);

§         organul efector. 

a. Arcul reflex elementar somatic   cuprinde :  

§         Receptori - exteroceptori si proprioceptori;

§         Calea aferenta - axonii neuronilor din ganglionii senzitivi spinali si cranieni;

§         Centrii nervosi -  coarnele anterioare ale maduvei spinarii si trunchiul cerebral;

§         Calea eferenta unineuronala - nervii spinali si cranieni motori somatici;

§         Organ efector - fibra musculara striata scheletala.

Sinapsa efectoare somatica (placa motorie) cuprinde:

-         mediator chimic - acetilcolina;

-         receptori postsinaptici - receptorii nicotinici.   

b. Arcul reflex elementar vegetativ cuprinde:

§         Receptori - interoceptori:

-         mecanoreceptori - de distensie;

-         chemoreceptori - variatii de  compozitie chimica;

-         baroreceptori - variatii de presiune;

-         voloreceptori - variatii de volum;

-         osmoreceptori - variatii de osmolaritate;

-         termoreceptori - variatii de temperatura;

-         algoreceptori -  de durere.

§         Calea aferenta - fibre mielinice si amielinice din constitutia nervilor spinali si cranieni, care pot fi fibre Ab cu viteza crescuta (40-90 m/s) si Ad cu viteza mai redusa (15-30 m/s):

-         de la nivelul capului si a structurilor endocraniene - nervii cranieni si plexuri nervoase perivasculare;

-         de la zona cardio-aortica - fibre ale nervilor IX si X, fibre senzitive cu origine in ganglionii cervicali;

-         de la zona bronhopulmonara - fibre ale nervul X, nervii intercostali si nervii frenici;

-         din regiunea abdominala - nervul marele si micul splahnic, nervii hipogastrici si pelvini, nervii rusinosi.

§         Centrii nervosi - coarnele laterale medulare - toraco-lombare (T1-L3) pt. simpatic si sacrate (S2-S4)

                                  pentru parasimpatic;

                               -  trunchiul cerebral pentru parasimpaticul cranian.

§         Calea eferenta bineuronala - primul neuron la nivelul centrului nervos, al doilea neuron la nivelul ganglionului vegetativ.

Eferenta simpatica cuprinde:

-         fibre preganglionare scurte;

-         ganglioni vegetativi laterovertebrali sau  periviscerali;

-         fibre postganglionare lungi - nervii simpatici;

-         raportul fibre preganglionare/fibre postganglionare de 1/20, determina caracterul difuz al reactiei simpatice.

Eferenta parasimpatica cuprinde:

-         fibre preganglionare lungi  - nervii parasimpatici; 

-         ganglioni vegetativi periviscerali si intramurali;

-         fibre postganglionare scurte si foarte scurte;

-         raportul fibre preganglionare/fibre postganglionare de 1/1 sau 1/2 determina caracterul limitat al reactiei parasimpatice.

§         Organul efector -  muschiul neted, inima si glande endocrine si exocrine.

Sinapsa efectorie simpatica cuprinde:

-         mediator chimic - 80% noradrenalina, 20% adrenalina;

-         receptorii postsinaptici adrenergici a- adrenergici (a1, a2) si b - adrenergici (b1, b2, b3), cu distributie heterogena, densitate variabila si afinitate diferita pentru mediator, asigurand caracterul heterogen al reactiei simpatice. 

Sinapsa efectorie parasimpatica cuprinde:

-         mediator chimic - acetilcolina;

-         receptorii postsinaptici colinergici - nicotinici distribuiti la nivelul ganglionilor vegetativi, stimulati de acetilcolina si nicotina si inhibati de curara, si muscarinici distribuiti in sinapsa efectoare, stimulati  de acetilcolina, muscarina si inhibati de atropina.

Sistemul nervos vegetativ  (SNV) asigura autoreglarea locala, regionala si generala a activitatii organelor efectoare, in vederea mentinerii in limite constante a mediului intern, precum si a adaptarii la necesitati a diverselor functii vegetative.

Componentele SNV, simpaticul si parasimpaticul, desi, in general, sunt antagoniste (antagonism interstimulant), actioneaza concomitent, insumarea efectelor lor determinand reactii compensatorii adecvate, de predominanta simpatica (ergotropa) sau parasimpatica (trofotropa).