Кіріспе

Нейроэндокринология – биологияның (әсіресе физиологияның) нерв жүйесі мен эндокриндік жүйе арасындағы өзара әрекеттестікті зерттейтін саласы; яғни мидың денедегі гормоналды белсенділікті қалай реттейтіні. Нерв және эндокриндік жүйелер көбінесе адам денесінің физиологиялық процестерін реттеу үшін нейроэндокриндік интеграция деп аталатын процесте бірігіп жұмыс істейді. Нейроэндокринология мидың, әсіресе гипоталамустың, гипофиз безі гормондарының секрециясын бақылайтынын мойындаудан туындады, және одан кейін эндокриндік және нерв жүйелерінің көптеген байланыстарын зерттеуге кеңейді. Эндокриндік жүйе денеде пептидтер, стероидтер және нейроаминдер сияқты әртүрлі химиялық құрылымдарға ие гормондарды өндіретін және бөліп шығаратын көптеген бездерден тұрады. Гормондар жиынтығында көптеген физиологиялық процестерді реттейді. Нейроэндокриндік жүйе – гипоталамустың гомеостазды, көбеюді, метаболизмді, тамақтану және су ішуді, энергияны пайдалануды, осмолярлықты және қан қысымын реттейтін механизмі.

Гипоталамус

Гипоталамус мидың барлық аймақтарынан келетін сигналдарды біріктіріп, нақты жауап берудегі рөліне байланысты мидың релелік орталығы ретінде кеңінен танымал. Нейроэндокриндік жүйеде гипоталамус мидың түрлі бөліктерінен электрлік сигналдарды қабылдап, оларды гормондар немесе босату факторлары түріндегі химиялық сигналдарға түрлендіреді. Бұл химиялық заттар кейін гипофиз безіне, ал одан жүйелік қан айналымына тасымалданады.

Гипофиз безі

Гипофиз безі үш бөлікке бөлінеді: алдыңғы гипофиз, аралық гипофиз және артқы гипофиз. Гипоталамус алдыңғы гипофиздің гормон секрециясын гипоталамустың гипофиздік портал жүйесі арқылы тропикалық гормондар деп аталатын босату факторларын жіберу арқылы реттейді. Мысалы, гипоталамус портал жүйеге шығаратын тиреотропин босату гормоны алдыңғы гипофиздің қалқанша безін стимуляциялайтын гормон секрециясын күшейтеді. Артқы гипофиз гипоталамуспен тікелей байланыстырылған; окситоцин және вазопрессин гормондары гипоталамустағы нейроэндокринді жасушалармен синтезделіп, артқы гипофиздегі нерв ұштарында сақталады. Олар гипоталамус нейрондары арқылы тікелей қан айналымына бөлінеді. Ал алдыңғы гипофиз безінің гормондары (аденогипофиз) сүтқоректілерде тікелей нерв байланысына ие болмайтын эндокринді жасушалардан бөлінеді, бірақ осы гормондардың секрециясы (адренокортикотропты гормон, лютеинизациялық гормон, фолликул стимуляциялайтын гормон, қалқанша безін стимуляциялайтын гормон, пролактин және өсу гормоны) гипоталамустың бақылауында қалады. Гипоталамус алдыңғы гипофиз безін босату және бөлуді тежейтін факторлар арқылы реттейді; бұл факторлар гипоталамус нейрондары мидың негізіндегі қан тамырларына, медиандық эминенцияда бөлінеді. Гипоталамустың гипофиздік портал тамырлары гипоталамус факторларын алдыңғы гипофизге жеткізеді, онда олар гормон өндіретін жасушалардың бетіндегі белгілі рецепторлармен байланысады. GHRH нейрондары гипоталамустың доға тәрізді ядросында орналасқан, ал өсу гормонының реттелуіне қатысатын соматостатин жасушалары перивентрикулярлық ядрода орналасқан. Бұл екі нейрондық жүйе аксондарын медиандық эминенцияға жібереді, онда олар пептидтерін алдыңғы гипофизге тасымалдау үшін портал қан тамырларына бөлінеді. Өсу гормоны импульстік түрде бөлінеді, бұл GHRH және соматостатиннің кезекпен бөлінуінен туындайды, бұл GHRH және соматостатин жасушалары арасындағы нейрондық өзара әрекеттесуді және өсу гормонының теріс кері байланысын көрсетеді. Олар барлық аспектілері бойынша, көтерілуден бастап жыныстық мінез-құлқына дейін әсер етеді. Олар сперматогенезді және етеккір циклын, босануды, сүт беруді және аналық мінез-құлқын реттейді. Олар организмнің стресске және инфекцияға жауап беруін реттейді. Олар организмнің метаболизмін реттейді, тамақтану және су ішу әрекеттеріне әсер етеді, сондай-ақ энергияның қалай пайдаланылуына, яғни майдың метаболизміне әсер етеді. Олар көңіл-күйге, дене сұйықтықтары мен электролиттерге, қан қысымына әсер етеді және реттейді. Нейроэндокриндік жүйенің нейрондары ірі; олар секреторлық өнімдерді өндіруге арналған шағын фабрикалар; олардың нерв ұштары үлкен және үйлесімді нервтік өрістерде ұйымдастырылған; олардың шығысын қанда оңай өлшеуге болады; және бұл нейрондардың не істейтіні және қандай стимулдарға жауап беретіні гипотезалар мен эксперименттерге оңай ашық. Сондықтан нейроэндокринді нейрондар "нейрон өзінің өнімінің синтезін, жинауын және секрециясын қалай реттейді?" сияқты жалпы сұрақтарды зерттеу үшін жақсы "үлгілік жүйелер" болып табылады және "электрлік белсенділікте ақпарат қалай кодталады?". [Бұл негізгі дерек көзінен алынған байқау сияқты.]

Басты жолшылар

Уолтер Ли Гейнс 1915 жылы сиырдың сүт беру кезінде гипофиздің қызметін байқады. Сондай-ақ, ол анестезияның сүт беруді және сору рефлексіне жауапты тоқтатуға болатынын атап өтті. Мюнхен университетінің және Альберт Эйнштейн медицина колледжінің ғалымдары Эрнст пен Берта Шаррер 1945 жылы нейропептидтерге жасаған алғашқы байқаулары мен ұсыныстарымен нейроэндокринология саласын құрған адамдар ретінде танылады. Көптеген мамандар Джеффри Харристі нейроэндокринологияның "әкесі" деп санайды. Оксфорд университетіндегі доктор Лидің анатомия профессоры Харрис, сүтқоректілердің алдыңғы гипофиз безінің гипоталамус нейрондарының гипоталамус-гипофизарлық портал айналымы арқылы бөлінетін гормондармен реттелетінін көрсеткенімен белгілі. Ал, артқы гипофиз безінің гормондары гипоталамус нейрондарының жүйке ұштарынан тікелей жүйелік қан айналымына бөлінеді. Бұл маңызды жұмыс Лунд университетінің Дора Якобсонмен бірлесіп жасалды. Осы факторлардың біріншілері тиреотропин босататын гормон (ТРГ) және гонадотропин босататын гормон (ГнРГ) болып табылады. ТРГ – қалқанша безін стимуляциялайтын гормонның секрециясын ынталандыратын кішкентай пептид; ГнРГ (лютеинизациялық гормонды босататын гормон деп те аталады) лютеинизациялық гормон мен фолликул стимуляциялайтын гормонның секрециясын ынталандырады. Лион медицина факультетінің студенті Роджер Гильмен және Тулейн университетінің студенті Эндрю Шалли осы факторларды қой мен шошқаның гипоталамусынан бөліп алып, олардың құрылымын анықтады. Гильмен мен Шалли 1977 жылы "мидың пептид гормондарын өндіруі" туралы түсініктері үшін физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығымен марапатталды. 1952 жылы Оңтүстік Флорида университетінің профессоры Андор Сент Иванйи мен Геза Филипп иммунитеттің гипоталамус арқылы жүзеге асырылатын нейрондық бақылауы туралы әлемдегі алғашқы ғылыми мақаланы жазды.

Қазіргі қолданылу аясы

Бүгін нейроэндокринология нейроэндокриндік нейрондар туралы негізгі түсініктерден тікелей немесе жанама түрде туындаған тақырыптардың кең ауқымын қамтиды. Нейроэндокриндік нейрондар жыныс бездерін бақылайды, олардың стероидтары өз кезегінде миға әсер етеді, сондай-ақ адренокортикотропты гормонның әсерінен бүйрек үсті безінен бөлінетін кортикостероидтар да миға әсер етеді. Осы кері байланыстарды зерттеу нейроэндокринологтардың саласына айналды. Гипоталамустың нейроэндокриндік нейрондары қанға бөлетін пептидтер миға да бөлінетіні анықталды, ал орталық әсерлер жиі перифериялық әсерлерді толықтырады. Сондықтан осы орталық әсерлерді түсіну де нейроэндокринологтардың міндетіне кірді, кейде бұл пептидтер мидың басқа бөліктерінде пайда болып, эндокриндік реттеумен байланысы жоқ функцияларды атқаратын жағдайлар да кездеседі. Нейроэндокриндік нейрондар шеткі жүйке жүйесінде де табылды, мысалы, ас қорытуды реттейді. Бүйрек үсті безінің миындағы адреналин мен норадреналинді бөліп шығаратын жасушалар эндокриндік жасушалар мен нейрондардың қасиеттерін біріктіргендігі анықталды және экзоцитоздың молекулалық механизмдерін зерттеу үшін үлгілі жүйелер болып табылды. Олар да нейроэндокриндік жүйелерге айналды. Нейроэндокриндік жүйелер нейробиология мен физиологияның көптеген негізгі принциптерін түсінуде маңызды рөл атқарды, мысалы, стимул-секреция байланысын түсінуде. Нейроэндокриндік секрециядағы үлгілердің пайда болуы мен маңызы бүгінгі таңда да нейроэндокринологиядағы басты тақырыптардың бірі болып табылады. Нейроэндокринология сонымен қатар нейробиологиялық ми ауруларын түсіну және емдеудің маңызды бөлігі болып табылады. Мысалы, көңіл күйдің бұзылуларын емдеу үшін қалқанша безі гормондарының қолданылуын күшейту. Тағы бір мысал – шизофрения диагнозы қойылған кейбір науқастардың цереброспиналдық сұйығында транстиретин (тироксин тасымалдау) мәселесінің анықталуы.

Эксперименттік әдістер

Геффри Харрис гипоталамустың гипофизбен байланысын зерттеген алғашқы тәжірибелерінен бері, осы өзара әрекеттесудің механизмдері туралы көп мәлімет жинақталды. Әртүрлі тәжірибелік әдістер пайдаланылды. Бастапқы тәжірибелер Ходжкин мен Хаксли қолданған электрофизиологиялық техникаларға көп сүйенді. Жақындағы зерттеулерде бұрын анықталған механизмдерді түсіну және түрлі жағдайлардағы жүйелік жауапты және бейімделуді болжау үшін әртүрлі математикалық модельдер қолданылуда.

Электрофизиология

Электрофизиологиялық эксперименттер нейроэндокринологияның алғашқы жылдарында, әсіресе гипоталамус пен гипофиздің артқы бөлігіндегі физиологиялық процестерді анықтау үшін қолданылды. 1950 жылы Джеффри Харрис пен Барри Крос электрлік стимуляцияға жауап ретінде окситоциннің бөлінуін зерттеу арқылы окситоцин жолын сипаттады. 1974 жылы Уолтерс пен Хэттон судың дегидратациясының әсерін гипоталамустың вазопрессин бөлінуіне жауапты орталығы – супероптикалық ядроны электрлік түрде ынталандыру арқылы зерттеді.

Ходжкин-Хаксли моделі

Ходжкин-Хаксли моделі белгілі бір кернеудегі жүйе тогы туралы деректерді мембраналық потенциалды сипаттайтын уақытқа тәуелді деректерге түрлендіреді. Бұл модельді қолданатын эксперименттер әдетте бірдей формат пен болжамдарға сүйенеді, бірақ олардың нақты сұрақтарына жауап беру үшін дифференциалдық теңдеулерді өзгертеді. Осы әдіс арқылы вазопрессин, ГнРГ, соматотрофтар, кортикотрофтар және лактотропты гормондар туралы көп мәліметтер алынды.

Интеграция және от модельдері

Интегралдау және оқпандау моделі биологиялық жүйелерді сипаттауда математикалық қарапайымдыққа ұмтылады, нейронның шектік белсенділігіне ғана назар аударады. Осы арқылы модель күрделі жүйенің күрделігін азайтады, бірақ іс-қимылдың нақты механизмдерін назарға алмай, оларды жүйе шығысының кіріске қатынасын анықтайтын функциялармен ауыстырады. Бұл модель гипофиздің артқы бөлігіне, атап айтқанда окситоцин мен вазопрессин гормондарының бөлінуін сипаттау үшін қолданылған.

Функционалдық немесе орташа өрістер моделі

Функционалдық немесе орташа өрістер моделі "қарпайымдылық - жақсы" деген қағидаға негізделген. Ол жасушалардың толық популяциясын сипаттау үшін бір ғана айнымалы қолдану арқылы көп қырлы жүйелерді модельдеудің күрделілігін азайтуға ұмтылады. Балама ретінде әр популяция үшін әртүрлі айнымалылар жиынтығын пайдалану қажет болар еді. Егер жасушалардың бірнеше популяциясы өзара әрекеттесетін жүйені модельдеуге тырысқанда, бірнеше жиынтықты қолдану тез арада тым күрделі болып кетеді. Бұл модель бірнеше жүйелерді сипаттау үшін қолданылды, әсіресе көбелек циклдеріне қатысты (менструальдік циклдар, лютеинизациялық гормон, пролактин деңгейінің өсуі). Кортизол секрециясын және өсу гормонының секрециясын бейнелейтін функционалдық модельдер де бар.