Физиология на епифизната жлеза (епифиза)

Епифизата, или епифизата, е израстък на покрива на третата камера на мозъка. Покрита е със съединителнотъканна капсула, от която навътре се простират нишки, разделящи органа на лобове. Лобовете на паренхима съдържат пинеалоцити и глиални клетки. Сред пинеалоцитите се разграничават по-големи, по-светли клетки и по-малки, тъмни клетки. Характерна черта на съдовете на епифизата е, очевидно, липсата на тесни контакти между ендотелните клетки, поради което кръвно-мозъчната бариера в този орган е несъстоятелна. Основната разлика между епифизата на бозайниците и съответния орган на по-нисшите видове е липсата на чувствителни фоторецепторни клетки. Повечето от нервите на епифизата са представени от влакна на клетките на горните шийни симпатикови ганглии. Нервните окончания образуват мрежи около пинеалоцитите. Израстъците на последните контактуват с кръвоносните съдове и съдържат секреторни гранули. Епифизата е особено забележима в ранна възраст. До пубертета размерът ѝ обикновено намалява, а по-късно в нея се отлагат калциеви и магнезиеви соли. Подобна калцификация често позволява епифизата да се види ясно на рентгенови снимки на черепа. Масата на епифизната жлеза при възрастен е приблизително 120 мг.

Активността на епифизната жлеза зависи от периодичността на осветяването. На светло синтетичните и секреторните процеси в нея са инхибирани, а на тъмно се засилват. Светлинните импулси се възприемат от рецепторите на ретината и постъпват в центровете за регулация на симпатиковата нервна система на главния и гръбначния мозък, а след това - в горните шийни симпатикови ганглии, където се осъществява инервацията на епифизната жлеза. На тъмно инхибиторните нервни влияния изчезват и активността на епифизната жлеза се увеличава. Премахването на горните шийни симпатикови ганглии води до изчезване на ритъма на активност на вътреклетъчните ензими на епифизната жлеза, участващи в синтеза на нейните хормони. Нервните окончания, съдържащи норадреналин, повишават активността на тези ензими чрез клетъчните бета рецептори. Това обстоятелство сякаш противоречи на данните за инхибиращия ефект на възбуждането на симпатиковите нерви върху синтеза и секрецията на мелатонин. Въпреки това, от една страна, е доказано, че при условия на осветление съдържанието на серотонин в жлезата намалява, а от друга страна, е открита ролята на холинергичните влакна в регулирането на активността на оксииндол-О-метилтрансферазата (OIOMT) на епифизната жлеза.

Холинергичната регулация на активността на епифизната жлеза се потвърждава от наличието на ацетилхолинестераза в този орган. Горните цервикални ганглии също служат като източник на холинергични влакна.

Епифизната жлеза произвежда главно индол-N-ацетил-5-метокситриптамин (мелатонин). За разлика от своя предшественик серотонин, това вещество се синтезира, очевидно, изключително в епифизната жлеза. Следователно, неговата концентрация в тъканта, както и активността на OIOMT, служат като индикатори за функционалното състояние на епифизната жлеза. Подобно на други O-метилтрансферази, OIOMT използва S-аденозилметионин като донор на метилова група. Както серотонинът, така и другите 5-хидроксииндоли могат да служат като субстрати за метилиране в епифизната жлеза, но N-ацетилсеротонинът е по-(20 пъти) предпочитан субстрат за тази реакция. Това означава, че N-ацетилирането предшества O-метилирането в процеса на синтез на мелатонин. Първият етап от биосинтеза на мелатонин е превръщането на аминокиселината триптофан под въздействието на триптофан хидроксилаза в 5-хидрокситриптофан. С помощта на ароматна аминокиселинна декарбоксилаза от това съединение се образува серотонин, част от който се ацетилира, превръщайки се в N-ацетилсеротонин. Крайният етап от синтеза на мелатонин (превръщане на N-ацетилсеротонин под действието на OIOMT), както вече беше отбелязано, е специфичен за епифизната жлеза. Неацетилираният серотонин се дезаминира от моноаминооксидаза и се превръща в 5-хидроксииндолоцетна киселина и 5-хидрокситриптофол.

Значително количество серотонин също навлиза в нервните окончания, където се улавя от гранули, които предотвратяват ензимното разрушаване на този моноамин.

Смята се, че синтезът на серотонин се осъществява в светлите пинеалоцити и се контролира от норадренергични неврони. Холинергичните парасимпатикови влакна регулират освобождаването на серотонин от светлите клетки и по този начин неговата наличност за тъмните пинеалоцити, където също се наблюдава норадренергична модулация на образуването и секрецията на мелатонин.

Има данни за производството не само на индоли от епифизната жлеза, но и на вещества с полипептиден характер, и според някои изследователи те са истинските хормони на епифизната жлеза. Така от нея е изолиран пептид (или смес от пептиди) с молекулно тегло 1000-3000 далтона с антигонадотропна активност. Други автори постулират хормонална роля на аргинин-вазотоцин, изолиран от епифизната жлеза. Трети пък са получили две пептидни съединения от епифизната жлеза, едното от които стимулира, а другото инхибира секрецията на гонадотропини от култура от хипофизни клетки.

В допълнение към неяснотите относно истинската природа на хормона(ите) на епифизната жлеза, съществуват и разногласия относно пътя на навлизане в тялото: в кръвта или в цереброспиналната течност. Повечето доказателства обаче сочат, че подобно на други ендокринни жлези, епифизната жлеза отделя хормоните си в кръвта. Тясно свързан с този въпрос е въпросът за централното или периферното действие на епифизните хормони. Експерименти с животни (предимно хамстери) показват, че епифизната регулация на репродуктивната функция се медиира от влиянието на епифизната жлеза върху хипоталамо-хипофизната система, а не директно върху половите жлези. Освен това, въвеждането на мелатонин в третата камера на мозъка намалява нивата на лутеинизиращ хормон (LH) и фоликулостимулиращ хормон (FSH) и повишава съдържанието на пролактин в кръвта, докато инфузията на мелатонин в порталните съдове на хипофизната жлеза не е съпроводена с промяна в секрецията на гонадотропини. Едно от местата на действие на мелатонина в мозъка е медианната еминентност на хипоталамуса, където се произвеждат либерини и статини, регулиращи активността на предната хипофизна жлеза. Остава обаче неясно дали производството на тези вещества се променя под действието на самия мелатонин или той модулира активността на моноаминергичните неврони и по този начин участва в регулирането на производството на освобождаващи фактори. Трябва да се подчертае, че централните ефекти на епифизните хормони не доказват директното им отделяне в цереброспиналната течност, тъй като те могат да попаднат там и от кръвта. Освен това има данни за ефекта на мелатонина върху тестисите (където това вещество инхибира образуването на андрогени) и други периферни ендокринни жлези (например, отслабване на ефекта на TSH върху синтеза на тироксин в щитовидната жлеза). Дългосрочното приложение на мелатонин в кръвта намалява теглото на тестисите и нивото на тестостерон в серума дори при хипофизектомирани животни. Експерименти показват също, че екстракт от епифизната жлеза без меланин блокира ефекта на гонадотропините върху теглото на яйчниците при плъхове с отстранена хипофиза.

По този начин, биологично активните съединения, произвеждани от тази жлеза, очевидно имат не само централен, но и периферен ефект.

Сред многото разнообразни ефекти на тези съединения, най-голямо внимание привлича влиянието им върху секрецията на хипофизни гонадотропини. Данните за нарушаване на пубертета при тумори на епифизната жлеза са първото доказателство за неговата ендокринна роля. Такива тумори могат да бъдат съпроводени както с ускоряване, така и с забавяне на пубертета, което е свързано с различния характер на неоплазмите, произхождащи от паренхимните и непаренхимните клетки на епифизната жлеза. Основните доказателства за антигонадотропния ефект на хормоните на епифизната жлеза са получени върху животни (хамстери). На тъмно (т.е. при условия на активиране на функцията на епифизната жлеза), животните показват изразена инволюция на гениталиите и намаляване на нивото на LH в кръвта. При епифизектомирани индивиди или при условия на пресечение на епифизните нерви, тъмнината няма такъв ефект. Смята се, че антигонадотропното вещество на епифизната жлеза предотвратява освобождаването на лулиберин или неговия ефект върху хипофизната жлеза. Подобни, макар и по-неясни, данни са получени при плъхове, при които тъмнината донякъде забавя пубертета, а отстраняването на епифизната жлеза води до повишаване на нивата на LH и FSH в кръвта. Антигонадотропният ефект на епифизната жлеза е особено изразен при животни с нарушена функция на хипоталамо-хипофизно-гонадната система чрез въвеждане на полови стероиди в ранния постнатален период.

Епифизектомията при такива плъхове възстановява половото развитие. Антигонадотропните ефекти на епифизната жлеза и нейните хормони също се засилват при условия на аносмия и гладуване.

Не само мелатонинът, но и неговите производни, 5-метокситриптофол и 5-окситриптофол, както и серотонинът, имат инхибиращ ефект върху секрецията на LH и FSH. Както вече беше отбелязано, слабо идентифицираните полипептидни продукти на епифизната жлеза също имат способността да влияят на секрецията на гонадотропин in vitro и in vivo. Един от тези продукти (с молекулно тегло от 500-1000 далтона) се оказа 60-70 пъти по-активен от мелатонина в блокирането на хипертрофията на останалия яйчник при едностранно овариектомирани мишки. Друга фракция от пептидите на епифизната жлеза, напротив, имаше прогонадотропен ефект.

Премахването на епифизната жлеза при незрели плъхове води до повишаване на съдържанието на пролактин в хипофизната жлеза с едновременно намаляване на нивото му в кръвта. Подобни промени се наблюдават при животни, отглеждани в условия на постоянна светлина, и обратните - при плъхове, отглеждани на тъмно. Смята се, че епифизната жлеза отделя вещество, което предотвратява влиянието на пролактин-инхибиращия фактор (PIF) на хипоталамуса върху синтеза и секрецията на пролактин в хипофизната жлеза, в резултат на което съдържанието на хормони в тази жлеза намалява. Епифизектомията причинява противоположни промени. Активното вещество на епифизната жлеза в този случай вероятно е мелатонин, тъй като инжектирането му в третата камера на мозъка временно повишава нивото на пролактин в кръвта.

В условия на постоянна липса на светлина, растежът на животните се забавя и съдържанието на растежен хормон в хипофизната жлеза намалява значително. Епифизектомията премахва ефекта на тъмнината и понякога ускорява растежа сама по себе си. Въвеждането на екстракти от епифизната жлеза намалява растежостимулиращия ефект на препаратите от хипофизната жлеза. В същото време, мелатонинът не влияе върху скоростта на растеж на животните. Възможно е някой друг епифизарен фактор (фактори) да инхибира синтеза и секрецията на соматолиберин или да стимулира производството на соматостатин.

Експерименти показват, че влиянието на епифизната жлеза върху соматотропната функция на хипофизната жлеза не се медиира от дефицит на андрогени или тиреоидни хормони.

При плъхове с пинеектомия, секрецията на кортикостерон се увеличава временно, въпреки че стрес реакцията на надбъбречните жлези след пинеалектомия е значително отслабена. Секрецията на кортикостерон се увеличава при условия на постоянно осветление, за което е известно, че инхибира активността на епифизната жлеза. Има доказателства, че пинеалектомията отслабва компенсаторната хипертрофия на останалата надбъбречна жлеза след едностранна адреналектомия и нарушава циркадния ритъм на глюкокортикоидната секреция. Това показва значението на епифизната жлеза за осъществяване на адренокортикотропната функция на предната хипофизна жлеза, което се потвърждава от промяна в производството на ACTH от хипофизната тъкан, отстранена от животни с пинеектомия. В литературата няма консенсус относно активния принцип на епифизната жлеза, който влияе върху адренокортикотропната активност на хипофизната жлеза.

Премахването на епифизната жлеза увеличава съдържанието на меланоцит-стимулиращ хормон (MSH) в хипофизната жлеза, докато въвеждането на мелатонин в IG мозъчната камера намалява съдържанието му. Нивото на последния в хипофизната жлеза на плъхове, живеещи на светлина, се увеличава, а въвеждането на мелатонин блокира този ефект. Смята се, че мелатонинът стимулира хипоталамичното производство на меланотропин-инхибиращия фактор MIF.

Влиянието на епифизната жлеза и нейните хормони върху други тропни функции на хипофизната жлеза е по-слабо проучено. Промени в активността на периферните ендокринни жлези могат да възникнат поради директното действие на епифизните фактори. По този начин, отстраняването на епифизната жлеза води до известно увеличение на масата на щитовидната жлеза, дори при липса на хипофизна жлеза. Скоростта на секреция на тиреоидни хормони се увеличава много малко и за кратко. Според други данни обаче, епифизната жлеза има инхибиращ ефект върху синтеза и секрецията на TSH при незрели животни.

В повечето експерименти, подкожното, интраперитонеалното, интравенозното и дори интравентрикуларното приложение на мелатонин е довело до намаляване на йод-концентриращата функция на щитовидната жлеза.

Трансплантацията на епифизна жлеза в надбъбречните жлези, без да повлияе на състоянието на фасцикуларните и ретикуларните зони на кората, почти удвои размера на гломерулната зона, което показва директен ефект на продуктите на епифизната жлеза върху клетките, произвеждащи минералкортикоиди. Освен това, от епифизната жлеза е изолирано вещество (1-метокси-1,2,3,4-тетрахидро-бета-карболин), стимулиращо секрецията на алдостерон и следователно наречено адреногломерулотропин. Скоро обаче са получени данни, отричащи физиологичната роля на това съединение и дори поставящи под въпрос самото съществуване на специфичен адреногломерулотропен фактор на епифизната жлеза.

Има съобщения, че отстраняването на епифизната жлеза намалява функционалната активност на паращитовидните жлези. Има и противоположни наблюдения. Резултатите от изследванията на ефекта на епифизната жлеза върху ендокринната функция на панкреаса са предимно отрицателни.

В момента все още има много нерешени въпроси, особено относно природата на съединенията, произвеждани от тази жлеза. Най-малко съмнително е влиянието на епифизната жлеза върху секрецията на тропните хормони на хипофизната жлеза, но не може да се изключи възможността за нейното директно въздействие върху периферните ендокринни жлези и други органи. Очевидно е, че под въздействието на стимули от околната среда епифизната жлеза произвежда не едно, а няколко съединения, които попадат предимно в кръвта. Тези вещества модулират активността на моноаминергичните неврони в централната нервна система, които контролират производството на либерини и статини от определени структури на мозъка и по този начин влияят върху синтеза и секрецията на тропните хормони на хипофизната жлеза. Ефектът на епифизната жлеза върху хипоталамусните центрове е предимно инхибиторен.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]