通过激素来调控物质代谢是高等动物体内代谢调节的重要方式。不同激素作用于不同组织产生不同的生物效应,表现出较高的组织特异性和效应特异性,这是激素作用的一个重要特点。激素之所以能对特定的组织或细胞(即靶组织或靶细胞)发挥作用,是由于该组织或细胞存在有能特异识别和结合相应激素的受体(receptor)。当激素与靶细胞受体结合后,能将激素的信号,跨膜传递入细胞内,转化为一系列细胞内的化学反应,最终表现出激素的生物学效应。
按激素受体在细胞的部位不同,可将激素分为两大类:
1.膜受体激素 膜受体是存在于细胞表面质膜上的跨膜糖蛋白。这类激素包括胰岛素、生长激素、促性腺激素、促甲状腺激素、甲状分腺素等蛋白质类激素,生长因子等肽类及肾上腺素等儿茶酚胶类激素。这些激素都是亲水的,难以超过脂双层构成的细胞表面质膜。这类激素作为第一信使分子与相应的靶细胞膜受体结合后,通过跨膜传递将所携带的信息传递到细胞内。然后通过第二信使将信号逐级放大,产生显著代谢效应。各种跨膜信号传递见“细胞信号传递”一章。
2.胞内受体激素 包括类固醇激素,前列腺素、甲状腺素,l,25(OH)2维生素D3
及视黄酸等疏水性激素。这些激素可透过脂双层细胞质膜进入细胞,与相应的胞内受体
结合。他们的受体大多数位于细胞核内,亦有在胞液中与激素结合后再进人核内与其核
内特异受体结合,引起受体构象改变。然后由两个激素受体复合物形成二聚体,与DNA
的特定序列即激素反应元件(HRE)结合,促进(或抑制)相邻的基因转录,进而促进(或阻遏)蛋白质或酶的合成,调节细胞内酶的含量,从而对细胞代谢进行调节。
三、整体调节
在人类生活过程中,其内外环境不断变化,机体可通过神经系统及神经体液途径对
机体的生理功能及物质代谢进行调节,以适应环境的变化,从而维持内环境的相对恒
定。现以饥饿及应激为实例说明整体物质代谢的调节。
(一)饥饿
在病理状态(如昏迷、食管及幽门梗阻等)或特殊情况下不能进食时若不能及时治疗
或补充食物,则机体物质代谢在整体调节下发生一系列的变化。
1.短期饥饿 在不能进食l-3天后,肝糖原显著减少。血糖趋于降低,引起胰岛素
分泌减少和胰高血糖素分泌增加。这两种激素的增减可引起一系列的代谢改变。
(1)肌肉蛋白质分解加强:释放入血的氨基酸量增加,肌肉蛋白质分解的氨基酸大
部分转变为丙氨酸和谷氨酰胺释放入血循环。饥饿第3天,肌肉释出丙氨酸占输出总氨
基酸的30%-40%。
(2)糖异生作用增强:饥饿2天后,肝糖异生和酮体生成明显增加,此时肝糖异生
速度约为150g葡萄糖/天,其中对%来自乳酸,10%来自甘油,其余40%来自氨基酸。
肝是饥饿初期糖异生的主要场所,约占抓80%,小部分(约20%)则在肾皮质中进行。
(3)脂肪动员加强,酮体生成增多:血浆甘油和游离脂酸含量升高,脂肪组织动员
出的脂酸约25%在肝生成酮体。此时服酸和酮体成为心肌、骨骼肌和肾皮质的重要燃
料,一部分酮体可被大脑利用。
(4)组织对葡萄糖的利用降低:由于心脏,骨骼肌及肾皮质摄取和氧化脂酸及酮体
增加,因而减少这些组织对葡萄糖的摄取及利用。饥饿时脑对葡萄糖的利用亦有所减
少,但饥饿初大脑仍以葡萄糖为主要能源。
总之,饥饿时的主要能量来源是储存的蛋白质和脂肪,其中脂肪约占能量来源的85 %以上。如此时输入葡萄糖,不但可减少酮体的生成,降低酸中毒的发生率,且可防止体内蛋白质的消耗。每输入100g葡萄糖约可节省50g蛋白质的消耗,这对不能进食的消耗性疾病患者尤为重要。
2.长期饥饿 长期饥饿时代谢的改变与短期饥饿不同:
(1)脂肪动员进一步加强,肝生成大量酮体,脑组织利用酮体增加,超过葡萄糖,
占总耗氧量的60%。
(2)肌肉以脂酸为主要能源,以保证酮体优先供应脑组织。
(3)肌肉蛋白质分解减少,肌肉释出氨基酸减少、乳酸和丙酮酸成为肝糖异生的主
要来源。
(4)肾糖异生作用明显增强,生成约40g葡萄糖/天,占饥饿晚期糖异生总量一半,
几乎和肝相等。
(5)因肌肉蛋白分解减少,负氮平衡有所改善。
(二)应激
应激(stress)是人体受到一些异乎寻常的刺激,如创伤、剧痛、冻伤、缺氧、中毒。
感染以及剧烈情绪激动等所作出一系列反应的“紧张状态”。应激状态时,交感神经兴
奋,肾上腺髓质及皮质激素分泌增多,血浆胰高血糖素及生长激素水平增加,而胰岛素
分泌减少,引起一系列代谢改变。
1.血糖升高 交感神经兴奋引起的肾上腺素,及胰高血糖素分泌增加均可激活磷
酸化酶促进肝糖原分解,同时肾上腺皮质激素及胰高血糖素又可使糖异生加强,不断补
充血糖,加上肾上腺皮质激素及生长素使周围组织对糖的利用降低,均可使血糖升高。
这对保证大脑。红细胞的供能有重要意义。
2.脂肪动员增强 血浆游离服酸升高,成为心肌,骨骼肌及肾等组织主要能量来
源。
3.蛋白质分解加强 肌肉释出丙氨酸等氨基酸增加,同时尿素生成及尿氮排出增