1. Железы внутренней секреции, их роль в жизнедеятельности организма, последствия нарушения их функций
Органы животных и человека, вырабатывающие и выделяющие (секретирующие) специфические вещества, регулирующие процессы жизнедеятельности, называются железами. Они делятся на железы внешней и внутренней секреции (экзокринные и эндокринные). Железы внешней секреции выделяют вещества наружу или в какие-либо полости через выводные протоки (слюнные, потовые, молочные железы). Железы внутренней секреции не имеют выводных протоков и выделяют вещества непосредственно в кровь (щитовидная и паращитовидные, надпочечники, тимус, эпифиз, гипофиз). Существуют и железы смешанной секреции, которые выделяют несколько секретов: одни – в кровь, другие – через выводной проток (поджелудочная железа, половые железы). Вещества, выделяемые железами внутренней секреции, называются гормонами.
Щитовидная железа расположена на шее впереди и частично прилегает к щитовидному хрящу гортани, за что и получила свое название. Она образована особыми пузырьками – фолликулами, в которых вырабатываются йодсодержащие гормоны: тироксин и трийодтиронин. Эти гормоны усиливают обмен веществ в организме, оказывают стимулирующее действие на ЦНС. Наиболее выражено их влияние на энергетический обмен – они повышают клеточное дыхание, вызывая окисление углеводов и жиров, а также синтез белка, и стимулируют общий рост тела.
Щитовидная железа.
А – вид спереди; Б – вид сзади
Заболевания, связанные с нарушениями деятельности щитовидной железы, могут возникать не только при изменениях в самой железе, но и при нехватке йода в организме. Кретинизм – форма карликовости, возникающая у плода или новорожденного при сниженной активности железы. Кретинизм характеризуется торможением в развитии всех систем, малым ростом, слабоумием. У взрослого человека при нехватке гормонов щитовидной железы возникает микседема, при которой наблюдаются умственная отсталость, понижение иммунитета, замедление частоты сердечных сокращений, слабость. Избыточная активность железы вызывает базедову болезнь, при которой резко возрастают обмен веществ и частота сердечных сокращений, характерны потеря веса, нервозность, бессонница.
Паращитовидные железы – маленькие органы, расположенные на поверхности или в толще щитовидной железы, обычно по две с каждой стороны. Они выделяют паратгормон, регулирующий обмен кальция в организме. Паратгормон стимулирует выход кальция из костей в плазму крови. При плохой работе этих желез наблюдается нехватка ионов кальция в крови, что приводит к судорогам и даже параличам; при избыточной активности желез кости начинают терять кальций и разрушаться.
Поджелудочная железа – железа смешанной секреции, эндокринная часть которой представлена так называемыми островками Лангерганса. Гормоны этой железы инсулин и глюкагон регулируют углеводный обмен. Выделение инсулина в кровь приводит к тому, что основной источник получения энергии в организме (глюкоза) активно переходит из плазмы в ткани, а ее избыток откладывается в печени в виде гликогена. Глюкагон оказывает противоположное действие и необходим для образования глюкозы из гликогена при нехватке ее в плазме крови. При недостатке инсулина развивается сахарный диабет – тяжелое, часто наследственное заболевание. При этом глюкоза не проникает в ткани и ее уровень в плазме крови сильно возрастает. Если больному диабетом не вводить инсулин извне, то возникает перевозбуждение и отравление мозга, приводящие к потере сознания, судорогам и даже смерти. Излишняя активность поджелудочной железы, напротив, приводит к резкому снижению концентрации глюкозы в крови, что также в первую очередь отражается на деятельности ЦНС – появляются судороги, падает мышечный тонус, понижается температура тела, человек теряет сознание.
Надпочечники расположены на верхних полюсах почек и состоят из двух слоев: наружного (коркового) и внутреннего (мозгового). Эти слои вырабатывают разные гормоны. Гормоны коры надпочечников, кортикостероиды, регулируют обмен минеральных (калия, натрия) и органических веществ, особенно углеводов, препятствуют развитию процессов воспаления. При недостаточном функционировании коры надпочечников развиваются нарушения углеводного обмена, низкое кровяное давление, похудение, тошнота, усиление пигментации кожи («бронзовая болезнь»).
Мозговой слой надпочечников функционирует в тесном взаимодействии с симпатическим отделом вегетативной нервной системы и вырабатывает адреналин и норадреналин. В те периоды, когда организм должен работать в большом напряжении (стресс, опасность, повышенная физическая и умственная нагрузка), эти гормоны усиливают работу мышц и сердца, повышают содержание глюкозы в крови (для обеспечения возросших затрат энергии), усиливают кровоток в мозге и других жизненно важных органах, повышают уровень системного кровяного давления.
Эпифиз – эндокринная железа, расположенная в верхней части промежуточного мозга. Его основной гормон – мелатонин. Выброс мелатонина в кровь максимален в темноте, благодаря чему эпифиз участвует в регуляции суточных ритмов. Мелатонин снижает интенсивность обмена веществ и температуру тела, что является физиологическим сопровождением сна. Участвует он и в половом созревании.
Тимус (вилочковая железа) располагается за грудиной; вырабатывает лимфоциты и гормоны тимозины, регулирует иммунные и ростовые процессы. Тимус хорошо развит в детском возрасте и значительно уменьшается у взрослых.
Половые железы (семенники и яичники) – железы смешанной секреции. Их внешнесекреторная деятельность заключается в выделении во внешнюю среду половых клеток – сперматозоидов и яйцеклеток. Функционируя как эндокринные железы, они вырабатывают женские (эстрогены и прогестины) и мужские (андрогены) половые гормоны. Яичники выделяют больше женских гормонов, а семенники – мужских. Эстрогены и прогестины регулируют овуляцию, беременность и участвуют в формировании вторичных половых признаков по женскому типу (развитие молочных желез, определенный тип телосложения и пр.). Андрогены обеспечивают формирование половой системы эмбриона и вторичных половых признаков по мужскому типу (развитие мускулатуры, низкий голос, особенности обмена веществ и поведения), а также постоянное образование сперматозоидов (сперматогенез).
Гипофиз расположен в нижней части промежуточного мозга. Он считается главной железой внутренней секреции и подразделяется на две основные доли – переднюю и заднюю. В переднем гипофизе вырабатываются прежде всего так называемые тропные гормоны, стимулирующие деятельность других эндокринных желез, а именно – щитовидной, коры надпочечников, половых (тиреотропный, адренокортикотропный и гонадотропные гормоны). Кроме того, здесь секретируется соматотропный гормон (гормон роста). Он действует не на какую-то одну железу, а стимулирует выработку так называемых тканевых факторов роста в клетках многих тканей. В свою очередь эти факторы стимулируют рост всех частей организма. При недостатке соматотропного гормона у детей развивается гипофизарная карликовость (при ней сохраняются нормальные пропорции тела), а при избытке – гипофизарный гигантизм. Если же избыток соматотропного гормона наблюдается у взрослого человека, когда нормальный рост уже прекратился, то возникает заболевание акромегалия, при котором разрастаются нос, губы, язык, пальцы рук и ног. Еще один гормон переднего гипофиза, пролактин, стимулирует выработку молока у кормящих матерей и участвует в организации деятельности половых желез.
Гормоны задней доли гипофиза – вазопрессин и окситоцин, вырабатываются в передних ядрах гипоталамуса, но секретируются в кровь именно в заднем гипофизе. Вазопрессин способствует обратному всасыванию воды из первичной мочи в канальцах нефронов почек. Это приводит к уменьшению объема мочи, поэтому вазопрессин называют также антидиуретическим гормоном (диурез – мочеотделение). Антидиуретический гормон принимает важнейшее участие в регуляции постоянства внутренней среды организма. При его нехватке у человека развивается несахарный диабет – заболевание, при котором организм теряет большое количество воды и некоторых солей. Но при этом, в отличие от диабета, возникающего при недостатке инсулина, в моче не обнаруживается сахар (глюкоза). Окситоцин – гормон, стимулирующий сокращение гладкой мускулатуры матки в период родов и выделение молока молочными железами в период кормления ребенка.
Деятельность гипофиза тесно связана с гипоталамусом. Гипоталамус – место непосредственного взаимодействия нервной и эндокринной систем и высший орган гормональной регуляции ряда эндокринных функций. Гипоталамус и гипофиз образуют единый структурно-функциональный комплекс. Гипоталамо-гипофизарная система – совокупность структур гипофиза и гипоталамуса, вырабатывающих, транспортирующих и выделяющих в кровь гормоны.
Гипоталамус связан нервными путями с другими структурами ЦНС. Кроме того, в гипоталамусе есть рецепторы состояния внутренней среды. Анализируя поступающую информацию, гипоталамус вырабатывает ряд специфических гормонов. Так, если гипоталамус определяет, что концентрация крови слишком высока, он стимулирует гипофиз к выделению большего количества вазопрессина, а при повышении содержания воды в крови он тормозит выделение вазопрессина гипофизом. Гипоталамус регулирует и секрецию окситоцина – она увеличивается, например, при криках ребенка или при поступлении сигналов в гипоталамус по нервным путям от сосков груди.
В гипоталамусе синтезируется особая группа гормонов: они выделяются в кровь и, действуя на железистые клетки передней доли гипофиза, оказывают стимулирующее или тормозящее действие на выделение гормона роста, тиреотропного и гонадотропных гормонов. Гормоны гипоталамуса, стимулирующие выделение гормонов передней доли гипофиза, получили название рилизинг-гормонов (факторов), или либеринов, а гормоны гипоталамуса, тормозящие активность передней доли гипофиза, носят название ингибирующих гормонов, или статинов.
2. Водоросли как обитатели водоемов, их строение и жизнедеятельность, роль в природе и народном хозяйстве
Водоросли – это сборная группа растений, включающая в себя два подцарства – Багрянки и Настоящие водоросли (по другой систематике водоросли относятся к подцарству Низшие растения). Их тело состоит либо из одной клетки, либо из однородных клеток (то есть ткани и органы отсутствуют). В последнем случае говорят о слоевище, или, иначе, талломе. К водорослям иногда относят цианобактерии, которые по традиции называют синезелеными водорослями, хотя они и являются прокариотическими организмами.
Наиболее характерными представителями водорослей являются зеленые водоросли, которые не только обладают всеми чертами, свойственными для этой группы растений, но и являются предками сухопутных растительных форм. Зеленые водоросли бывают как одноклеточные, так и многоклеточные. В качестве примеров можно рассмотреть хламидомонаду и улотрикс.
Хламидомонада – одноклеточная пресноводная зеленая водоросль. Ее клетка имеет овальную форму с заостренным передним концом, к которому прикреплены два жгутика (органы движения). Снаружи хламидомонада покрыта клеточной стенкой, а ее внутреннюю часть занимает цитоплазма с ядром. У хламидомонады одинарный (гаплоидный) набор хромосом. В цитоплазме расположен единственный крупный чашевидный хлоропласт. Хлоропласты зеленых водорослей называют еще хроматофорами. Вблизи оснований жгутиков расположен светочувствительный красный глазок и две сократительные вакуоли.
Размножение хламидомонады может происходить бесполым и половым путем. При бесполом размножении клетка сначала теряет жгутики, ядро и хроматофор, а затем ее цитоплазма делится, образуя 8 зооспор. Зооспоры формируют жгутики, и каждая из них дает начало новому организму. Половое размножение происходит при ухудшении условий питания (например, осенью). При этом клетки формируют мужские и женские гаметы (они равны по размеру, но мужская более подвижна). После слияния гамет образуется диплоидная зигота, покрытая плотной оболочкой. Зигота опускается на дно. При наступлении более благоприятных условий зигота претерпевает мейоз, давая 4 зооспоры, из которых развиваются новые хламидомонады.
Половой процесс у хламидомонад.
1–5 – изогамия у Chlamydomonas Steinii: 1 – развитие гамет внутри материнской клетки; 2 – гамета; 3–4 – копуляция; 5 – зрелая зигота. 6 – гетерогамия у Chlamydomonas Braunii. 7 – оогамия у Chlamydomonas coccifera: а – яйцеклетка; б – сперматозоид; 8 – выход из зиготы новых зооспор
Сходные процессы характерны и для размножения другого представителя зеленых водорослей – улотрикса. Улотрикс – многоклеточная водоросль, слоевище (таллом) которой имеет нитчатое строение и крепится к какой-либо опоре. Все клетки таллома одинаковы и способны к делению, образованию спор и гамет, кроме бесцветной прикрепительной клетки. Зооспоры улотрикса четырехжгутиковые. Мужские и женские гаметы также слабо различимы.
Среди других зеленых водорослей можно отметить одноклеточную безжгутиковую хлореллу, плеврококк, приспособившийся к наземному образу жизни и обитающий, например, на стволах деревьев, и некоторые другие.
Бурые водоросли также относятся к настоящим водорослям. Своей характерной окраской они обязаны особым желтовато-бурым пигментам (фукоксантину и др.), которые способствуют фотосинтезу, улавливая энергию света и передавая ее на хлорофилл. Бурые водоросли – почти исключительно крупные морские растения, таллом которых, хотя и состоит из однородных клеток, нередко имеет сложное внешнее строение. Так, тело ламинарии (морской капусты) разделено на листовую часть, стеблевую часть, ризоиды (прикрепительные выросты) и может достигать в длину нескольких метров. Клетки таллома диплоидны, однако образующиеся на поверхности листовой пластинки зооспоры гаплоидны. Прорастая, зооспоры дают мелкие гаплоидные растения, образующие гаметы. В результате слияния гамет возникает зигота, из которой вырастает новый диплоидный таллом.
Красные водоросли также почти исключительно обитатели моря. Преобладающая окраска – малиновая, что обусловлено наличием пигмента фикоэритрина, который также улавливает солнечный свет и передает его энергию хлорофиллу. Фикоэритрин отличается очень высокой светочувствительностью, что позволяет красным водорослям жить на глубинах до 100 м. Таллом водорослей этой группы нитчатый или пластинчатый. Бесполое размножение осуществляется посредством безжгутиковых форм. Вообще, для красных водорослей характерно полное отсутствие жгутиков, в том числе и у гамет.
Красные водоросли.
1 – каллитамнион (Callithamnion) (вид под микроскопом); 2 – немалион (Nemalion); 3 – дазия (Dasia); 4 – делессерия (Delesseria)
Повсеместное распространение водорослей определяет их огромное значение в биосфере. В водоемах они являются основными продуцентами органических веществ, которые затем используются животными. Водоросли поглощают из воды углекислый газ и насыщают ее кислородом. Велика их роль и в биологическом круговороте различных веществ. Кроме того, в ходе прошедших эпох водоросли принимали участие в образовании осадочных пород, рифов, ряда горючих полезных ископаемых. Они же явились родоначальниками растений, заселивших сушу.
Водоросли широко используются в различных отраслях хозяйственной деятельности человека. Их выращивают в особых установках под открытым небом с целью получения богатых белками кормов для животноводства. Многие водоросли используются в пищу и непосредственно человеком. Наиболее известна морская капуста, применяемая также как лекарственное средство при различных заболеваниях. Водоросли служат источником для получения многих ценных химических соединений: спиртов, органических кислот, йода и брома (бурые водоросли), агар-агара (полисахарид красных водорослей).
Одноклеточные водоросли используются также для очистки промышленных и бытовых сточных вод. Образующаяся при этом биомасса может находить применение как источник метана или как удобрение в сельском хозяйстве.
Однако сильное размножение водорослей (особенно одноклеточных) может наносить ущерб хозяйственной деятельности человека. Явление, называемое цветением воды, резко ухудшает ее качество. Кроме того, вслед за цветением нередко следует массовая гибель водорослей, а затем – их гниение, сопровождающееся резким уменьшением концентрации кислорода в воде и образованием вредных продуктов распада. В результате происходит гибель многих, прежде всего животных, организмов, населяющих водоемы, – то есть сильнейшее нарушение структуры природных сообществ. Цветение воды можно предотвратить, если уменьшить попадание в водоемы минеральных удобрений (смываются с полей весной) и сточных вод, содержащих минеральные и органические вещества, стимулирующие размножение водорослей.