Hormony - ich funkcje i terapie zastępcze

Substancje biochemiczne wytwarzane przez specjalne komórki, które po dostaniu się do krwiobiegu, działają z dystansu, wywołując swoiste reakcje biologiczne w narządach docelowych.

Artykuł jest częścią publikacji pochodzącej z nowej serii Biblioteki Gazety Wyborczej pt.: Wielka Encyklopedia Medyczna, którą nabyć można w Kulturalnym Sklepie lub w każdą środę w kiosku

Według tradycyjnej definicji hormony są produktem gruczołów dokrewnych, które razem tworzą układ endokrynologiczny (wydzielniczy), przedmiot badań odrębnej nauki biomedycznej, zwanej endokrynologią. U człowieka główne elementy tego układu stanowią: kompleks podwzgórzowo-przysadkowy, przysadka mózgowa, tarczyca, gruczoły przytarczyczne, nadnercza, gonady (jądra i jajniki), wysepki Langerhansa w trzustce i łożysko. Inne organy także mogą produkować hormony, ale nie jest to ich główna funkcja, np. różne odcinki przewodu żołądkowo-jelitowego, nerki, płuca, serce.

Czynność układu endokrynologicznego jest ściśle powiązana z czynnościami innych układów informacyjnych organizmu, głównie układu nerwowego (układ neurowydzielniczy). Konsekwencją tego jest coraz większe zacieranie się granic pomiędzy hormonami i innymi cząsteczkami będącymi nośnikami informacji, które są produktem gruczołów dokrewnych właściwych, jak neuroprzekaźniki lub neuromodulatory. Przykładem tego systemu neurowydzielniczego jest układ podwzgórzowo-przysadkowy. Inne specjalne komórki w podwzgórzu syntetyzują neuroprzekaźniki, które, uwolnione do krwi, docierają do przysadki mózgowej, regulując produkcję hormonów (są to tzw. czynniki uwalniające lub hamujące, z ang. releasing lub inhibiting factors). Same hormony przysadki mózgowej oddziałują w złożony sposób na czynności podwzgórza. W rezultacie działanie funkcjonalne jest skoordynowane i zdolne do wysyłania informacji zarówno do mózgu, jak i strefy peryferycznej. Budowa hormonów (wytwarzanych przez komórki wydzielnicze), produktów neuropeptydów (produkowanych przez komórki nerwowe) i limfokin (cytokin wydzielanych przez limfocyty krążące w krwi) niekiedy się zazębia. Nie jest bez znaczenia, że w niektórych przypadkach mają one wspólne prekursory białkowe. Hormony występują u wszystkich gatunków zwierząt. Substancje regulujące są też obecne w świecie roślinnym. Docierają do punktów odległych od miejsca ich syntezy, dlatego zwane są "hormonami roślinnymi". Hormony pełnią różne funkcje wewnątrz organizmu, nie stanowią więc narzędzia komunikacyjnego między jednym organizmem a drugim. Pod tym względem odróżniają się od feromonów, substancji wydzielanych na zewnątrz, przeznaczonych do przyciągnięcia uwagi osobników tego samego gatunku, głównie w celu kopulacyjnym.

Funkcje organizmu regulowane przez hormony

Inne kluczowe dla organizmu funkcje są regulowane przez hormony w stopniu przeważającym względem innych układów informacyjnych. Dlatego brak bądź nadmiar danych hormonów wywołuje określone choroby, które są przedmiotem badań endokrynologii klinicznej. Funkcje te są następujące:

1) produkcja energii: wykorzystanie składników odżywczych, tworzenie się wewnątrz organizmu cząsteczek energetycznych, rozmieszczenie energii wytwarzanej w wyniku procesów metabolicznych to zjawiska kontrolowane przez hormony tarczycowe, kortyzol, katecholaminy, insulinę, glukagon i hormon wzrostu;

2) skład "narzędzia pozakomórkowego" i osocza krwi: stężenie wielu substancji jest bezpośrednio kontrolowane przez hormony. Obecność cukru we krwi jest utrzymywana w prawidłowych granicach dzięki działaniu insuliny i hormonów zwanych "przeciwinsulinowymi". Hormon antydiuretyczny utrzymuje osmolarność osocza w granicach dzięki ciągłemu dostosowaniu ilości wody wchłanianej przez nerki. Aldosteron i hormon natriuretyczny przedsionkowy regulują stężenie sodu i potasu, modyfikując ich sekrecję. Hormon przytarczyczny, kalcytonina i dehydrocholesterol (hormon pochodny witaminy D) regulują równowagę stężenia wapnia we krwi, działając na wielu poziomach na całościowy metabolizm wapnia i fosforu;

3) dojrzewanie organizmu i rozwój płciowy: aktywność proliferacyjna i różnicowanie się komórek "wyznaczonych" do zwiększania masy tkankowej, począwszy od życia płodowego aż do dorosłości, są kontrolowane w sposób złożony przez prawie wszystkie hormony. Hormony tarczycowe odgrywają ważną rolę w prawidłowym rozwoju układu nerwowego, a hormon wzrostu (GH) w rozwoju układu szkieletowego. Dojrzewanie płciowe odbywa się głównie pod wpływem hormonów wytwarzanych przez gruczoły płciowe i gruczoły nadnerczy;

4) czynności reprodukcyjne: dla ogółu funkcji mających na celu ostateczne podtrzymanie gatunku, włącznie z ciążą i karmieniem (laktacją), są niezbędne hormony tzw. osi podwzgórze-przysadka mózgowa-gruczoły płciowe, ale także te wytwarzane przez łożysko w okresie ciąży (zapewniają one prawidłowe działanie wymiany pomiędzy matką a płodem) oraz prolaktyna, hormon odpowiedzialny za laktację.

Klasyfikacja biochemiczna

Pod względem biochemicznym hormony dzielą się na dwie podstawowe grupy: hormony peptydowe, czyli białkowe (rozpuszczalne w wodzie), i hormony steroidowe (rozpuszczalne w tłuszczach). Różnicom budowy chemicznej odpowiadają różnice w mechanizmie działania hormonów. Aby sygnał hormonalny mógł zadziałać na poziomie komórek docelowych, musi zostać w pewien sposób rozpoznany i wybrany spośród licznych cząsteczek krążących we krwi i obecnych w płynie zewnątrzkomórkowym. Istnieją struktury cząsteczkowe mające za zadanie odbiór wyłącznie danego hormonu. Interakcja pomiędzy konkretnym hormonem-receptorem jest przesłanką do czynności biologicznej, zorientowanej zwykle na zmiany ilościowe jednej lub wielu funkcji komórkowych.

Hormony peptydowe, tj. białkowe są rozpoznawane przez receptory błony komórkowej. Interakcja hormon-receptor wywołuje szereg dość szybkich wydarzeń, w wyniku których, zwiększa się stężenie międzykomórkowe drugiego przekaźnika, mającego za zadanie przetworzyć informację hormonalną do wnętrza komórki. Drugim przekaźnikiem może być odpowiednio zmodyfikowana cząsteczka, np. cAMP bądź cGMP (pochodząca z cyklizacji: pierwsza ATP, druga cyklicznego GTP), lub jon uwolniony do cytoplazmy, np. wapń.

Hormony steroidowe, po znalezieniu się w osoczu krwi są w większości przenoszone przez białka, które zapewniają im transport w wodzie. Hormony steroidowe, ze względu na zdolność rozpuszczania się w tłuszczach, łatwo przenikają przez błonę komórkową i są rozpoznawane przez receptory cytozolowe. Wewnątrz komórki, po ustaleniu połączenia, zespół hormon-receptor jest w stanie przeniknąć przez błonę komórkową i wejść w reakcję z białkami regulującymi materiał genetyczny zawarty w chromatynie jądrowej. Prowadzi to do aktywacji polimerazy RNA z syntezą matrycowego RNA (mRNA), tzn. transkrypcji informacji genetycznej. Hormony steroidowe wchodzą więc w reakcje z pamięcią genetyczną, uaktywniając ekspresję genu aktywnych metabolicznie białek. W wyniku tego procesu następuje ostateczna modyfikacja poprzedniej czynności komórkowej.

W rzadkich przypadkach hormony steroidowe mają także zdolność ekspresji genu, a więc zahamowania syntezy mRNA, np. kortyzol może ograniczyć syntezę białek w limfocytach i obniżyć reaktywność immunologiczną.

Biorytmy endokrynologiczne i wyrównywanie poziomu funkcjonalnego różnych hormonów

Każdy hormon jest zaprogramowany ze względu na specjalną rolę, jaką odgrywa w organizmie. Kluczowe punkty cyklu hormonalnego to:

1) synteza i uwalnianie substancji na zewnątrz komórki wytwarzającej hormon (proces sekrecji);

2) transport substancji i dystrybucja w określone miejsca organizmu;

3) interakcja z receptorami i następująca po niej czynność biologiczna w miejscu docelowym;

4) deaktywacja metaboliczna i eliminacja bądź ponowne użycie produktów procesu rozpadu.

Każdy osobny cykl hormonalny jest następnie zsynchronizowany odpowiednio z cyklami innych hormonów w celu ciągłego, różnorodnego, a jednocześnie odpowiednio zaplanowanego, przepływu informacji. Dlatego stężenie hormonów w osoczu ulega ciągłym zmianom i waha się z różną częstotliwością. Organizacja chronobiologiczna hormonów (biorytmy endokrynologiczne) jest przedmiotem wielu badań. Naukowcy są zgodni co do jej kluczowego znaczenia dla prawidłowego przystosowania organizmu do zmian warunków ekologicznych. Hormony synchronizują biorytmy wielu funkcji metabolicznych i nerwowych w harmonii z cyklami środowiskowymi i społecznymi, takimi jak przemienność występowania światła i ciemności, zmiana pór roku, godzin pracy i odpoczynku, pory posiłków.

Hormony androgenne

Hormony odpowiedzialne za dyferencjację płciową u mężczyzn oraz kontrolujące czynności reprodukcyjne u samców kręgowców.

U człowieka androgeny spełniają także istotne funkcje niezwiązane z układem rozrodczym, w szczególności w obrębie kości, mięśni, skóry, układu krwiotwórczego, ośrodkowego układu nerwowego. Miejscem produkcji androgenów są gonady, zarówno żeńskie, jak i męskie, kora nadnerczowa i łożysko. Androgeny są steroidami, pochodnymi androstanu, zbudowanymi z 19 atomów węgla. Najbardziej znanym androgenem jest testosteron, podstawowy produkt wydzielania jąder (komórek Leydinga). U dorosłych kobiet tylko nieznaczna część krążącego we krwi testosteronu pochodzi z gruczołów płciowych (jajników). Większa część jest wynikiem przemiany peryferycznej androstendionu, wydzielanego nie tylko przez jajniki, ale też przez nadnercza. Oprócz testosteronu i androstendionu, szczególnie ważnym androgenem jest dehydroepiandrosteron (DHA). Ten steroid jest produktem pośrednim syntezy testosteronu. Stanowi również najważniejszy produkt wydzielania warstwy siatkowej kory nadnerczy. Ważną funkcją androgenów jest ich rola prekursorów estrogenów. Androgeny kontrolują proces dojrzewania płciowego i pojawienie się męskich cech płciowych. Spełniają także niezbędną rolę kontroli w procesie spermatogenezy. Wywierają złożony wpływ na prostatę (gruczoł krokowy) i pęcherzyki nasienne. U obojga płci androgeny wykazują działanie anabolizujące na cały organizm, a w szczególności na tkankę mięśniową. Dlatego udostępnienie androgenów jest przedmiotem zainteresowania medycyny sportowej. Mimo że są one zakazane, korzysta z nich wielu sportowców w celu zwiększenia masy mięśniowej. Inną właściwością pochodnych androgenów - skuteczniejszych niż hormony naturalne - wykorzystywaną do celów leczniczych, jest ich zdolność do pobudzania erytropoezy (istotnej w leczeniu niektórych rodzajów anemii), pobudzającej tworzenie się tkanki kostnej, właściwości tzw. antyestrogenowe (niegdyś wykorzystywane w leczeniu nowotworów sutka). Podawanie androgenów nie jest pozbawione ryzyka. Poza efektami, jak niepożądana wirylizacja u kobiet oraz dzieci, mogą one powodować poważne zaburzenia neuropsychiczne, zatrzymywanie wody w organizmie, żółtaczkę i problemy z wątrobą. U mężczyzn kuracja androgenami może powodować zanik jąder i zatrzymanie spermatogenezy na skutek mechanizmu ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Hormony estrogenne

Hormony niezbędne do czynności reprodukcyjnej u samic kręgowców, kontrolujące rozwój żeńskiego układu płciowego, jak również układu innych struktur związanych z czynnościami macierzyńskimi, np. gruczołów sutkowych.

U człowieka estrogeny pełnią istotne funkcje poza układem rozrodczym, głównie w obrębie kości, powłoki wspólnej, tkanki tłuszczowej, naczyń krwionośnych i ośrodkowego układu nerwowego. Miejscem wytwarzania estrogenów są gonady i łożysko. Niektóre tkanki i narządy mają zdolność tworzenia estrogenów przy użyciu jako prekursorów hormonów androgenowych. Ten proces jest zwany aromatyzacją, ponieważ implikuje wytworzenie się podwójnych wiązań między atomami węgla. Estrogeny mają budowę steroidów, składają się z 18 atomów węgla i są pochodnymi estranu. Najbardziej znanym estrogenem jest estradiol (E), podstawowy produkt wydzielania jajnika. U mężczyzn jedynie niewielka ilość krążącego w krwi estradiolu E2 jest wydzielana przez gruczoły płciowe (jądra). Większa część powstaje wskutek aromatyzacji peryferycznej prekursorów androgenowych. Oprócz E2 ważnymi estrogenami są estron (E1) i estriol (E3). Na poziomie narządów docelowych estrogeny są przekształcane w metabolity hydroksylowe, aktywne w inny sposób. Niektóre z nich, np. tzw. katecholoestrogeny, pełnią także funkcję regulatorów funkcji ośrodkowego układu nerwowego. Estrogeny kontrolują dojrzewanie płciowe i pojawienie się żeńskich cech płciowych oraz odgrywają istotną rolę w regulowaniu cyklu owulacyjnego. U kobiet zwiększenie stężenia E2 mniej więcej w połowie cyklu jest głównym sygnałem dla przysadki mózgowej, aby uwolniła znaczne ilości gonadotropin, koniecznych do rozerwania pęcherzyka zawierającego komórkę jajową (szczyt owulacji). Ilość estrogenów podnosi się znacznie w czasie ciąży na skutek ich wzmożonej produkcji przez łożysko. Estrogeny to hormony bardzo ważne dla rozwoju gruczołów sutkowych i ich przygotowania do karmienia.

Są szeroko stosowane do celów terapeutycznych. Stanowią kluczowy element pigułek antykoncepcyjnych i są używane przez kobiety z zaburzeniami cyklu menstruacyjnego oraz przechodzące przedwczesną menopauzę.

Coraz częstsza jest praktyka podawania niewielkich dawek estrogenów w latach następujących bezpośrednio po menopauzie w celu zapobieżenia osteoporozie i innym zaburzeniom troficznym spowodowanym niedoborem hormonów. Stosuje się wciąż także pochodne estrogenów, o działaniu silniejszym niż hormony naturalne, w leczeniu nowotworów prostaty, ze względu na ich skuteczne działanie przeciwandrogenowe. Jednakże przyjmowanie estrogenów, szczególnie długotrwałe, nie jest pozbawione ryzyka. Poza powodowaniem ginekomastii u płci męskiej, występuje ryzyko rozwoju zakrzepicy naczyniowej, przyrostu tkanki tłuszczowej, retencji płynów, żółtaczki i zaburzeń funkcji wątroby. U kobiet w wieku rozrodczym zostaje naruszona produkcja gonadotropiny w przysadce mózgowej i następuje zahamowanie owulacji. Jeśli jednocześnie z estrogenami nie są przyjmowane odpowiednie dawki progesteronu lub jego pochodnych o podobnym działaniu, może zwiększyć się ryzyko rozwinięcia nowotworu organów docelowych.

Hormony - zastępcza terapia postmenopauzalna

Hormonalna terapia zastępcza polega na cyklicznym lub sekwencyjnym podawaniu estrogenów i progestagenów w celu łagodzenia najczęstszych objawów występujących u wielu kobiet w okresie menopauzy. Leczenie samymi estrogenami jest zalecane tylko tym kobietom, które zostały poddane histerektomii.

Hormonalna terapia zastępcza (HTZ) jeszcze kilka lat temu była stosowana w leczeniu objawów menopauzy, jak również w zapobieganiu osteoporozie i leczeniu jej u kobiet zagrożonych złamaniami i chorobami sercowo-naczyniowymi, jak zawał serca i udar mózgu. Obszerne badanie przeprowadzone na tysiącach kobiet wykazało skuteczność tej terapii - HTZ zapobiega nie tylko złamaniom, ale również chorobom układu krążenia; prawdopodobnie zwiększa jednak ryzyko rozwoju raka piersi i okrężnicy.

Wady i zalety

Hormonalna terapia zastępcza pozostaje nadal jedynym w pełni skutecznym środkiem łagodzącym objawy początkowego stadium menopauzy, takie jak uderzenia gorąca i nadmierne pocenie się. Obecnie zaleca się stosowanie jej przez ograniczony okres (rok lub dwa lata) i przerwanie leczenia przed wystąpieniem negatywnych skutków. Stosowanie HTZ zwiększa ryzyko wystąpienia demencji i choroby zakrzepowo-zatorowej żył, zwłaszcza w pierwszych 12 miesiącach leczenia. Podsumowanie: stosunek korzyści do ryzyka stosowania HTZ jest dodatni w leczeniu objawów menopauzy znacznie obniżających jakość życia, pod warunkiem że jest stosowana najmniejsza skuteczna dawka przez możliwie najkrótszy okres; stosunek korzyści do ryzyka stosowania HTZ w zapobieganiu osteoporozy jest ujemny, nawet u kobiet bez objawów menopauzy.