第1节 激素与内分泌系统
人和高等动物体内都分布着许多能分泌物质的腺体。在这些分泌腺中,凡是分泌物经由导管而流出体外或流到消化腔的,称为外分泌腺,如汗腺、唾液腺、胃腺等;凡是没有导管的腺体,其分泌物——激素(hormone) 直接进入腺体内的毛细血管,并随血液循环输送到全身各处的,称为内分泌腺。“问题探讨”中提到的生长激素是由垂体分泌的,除垂体外,内分泌腺还有甲状腺、肾上腺等。内分泌腺是内分泌系统的重要组成部分。
激素的发现
在相当长的时间内,人们对这些内分泌腺的机能并不了解。到19世纪,大量的动物实验和临床研究表明,许多疾病与内分泌腺有关,于是有人提出,内分泌腺可以不断地向血液中释放某些物质,这些物质具有调节生长发育和维持机体正常机能的作用。
在20世纪之前,激素这一概念还没有被提出,学术界普遍认为,人和动物体的一切生理活动都是由神经系统调节的。在这种情况下,探寻其他的调节方式就意味着向权威观点提出挑战,这需要有勇于探索和创新的精神。
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内分泌腺病变可导致机体产生疾病,例如,胰岛的功能异常可能会引起糖尿病;甲亢与甲状腺的病变有关。
促胰液素是人们发现的第一种激素。它的发现不仅使人类发现了一种新的化学物质,更重要的是,这使人们认识到,机体除了神经调节,还存在由内分泌器官或细胞分泌的化学物质——激素进行调节的方式,就是激素调节(hormonal regulation) 。
激素研究的实例
自从第一种激素被发现,世界上就出现了一个寻找激素的热潮。但激素的分泌悄无声息,它们直接进入血液周游全身,难以收集和分离。那么,人们是如何寻找激素的呢?又是如何确定它的分泌部位的?如何确定它的调节作用呢?从下面的研究实例中,可以获得一些启示。
思考讨论 研究激素的方法
实例1:胰岛素的发现
1869年,研究者在显微镜下观察胰腺组织时,发现其中有一些聚集成岛状的细胞堆,将其命名为“胰岛",但对它的作用一无所知。
1889年,科学家无意中发现,切除胰腺的狗会患上与人的糖尿病类似的疾病,据此提出胰腺能分泌某种抗糖尿病的物质的假说。
1916年,科学家将胰岛产生的、可能与糖尿病有关的物质命名为胰岛素,但这时没有人能精确地证实它的存在。从1889年到1920年的几十年里,科学家进行了几百次实验,试图证明胰腺中内分泌物的存在。大多数实验都集中于制备胰腺提取物,然后注射给由胰腺受损诱发糖尿病的狗或糖尿病患者,但都收效甚微。
1920年,在加拿大任助教的班廷(F.Banting,1891—1941 )在查阅资料时了解到,以实验方法结扎胰管或因胆结石阻塞胰管都会引起胰腺萎缩,而胰岛却保持完好,这样机体不会患糖尿病。这给了他获取胰岛素方法的启示:结扎狗的胰管,使胰腺萎缩,再用萎缩的胰腺提取液来治疗糖尿病。
1921年,班廷和助手贝斯特(C.H.Best, 1899-1978)先将狗的胰管结扎,使胰腺萎缩;然后摘除了另一只健康狗的胰腺,造成实验性糖尿病;之后,从结扎的狗身上取出萎缩得只剩胰岛的胰腺做成提取液,注入因摘除胰腺而患糖尿病的狗身上。奇迹出现了,患病狗的血糖(血液中的葡萄糖)迅速下降。经数天治疗后,病狗的血糖恢复了正常。随后他们与生化学家合作,抑制胰蛋白酶的活性,可直接提取正常胰腺中的胰岛素。将提取的胰岛素用于对糖尿病患者的治疗,取得了很好的效果。实例2:睾丸分泌雄激素的研究对雄性家禽、家畜实行阉割在我国已有一千多年的历史;18世纪,英国也有学者进行了一系列令人感兴趣的性腺移植实验。但对性腺生理功能进行真正科学研究,是19世纪的事情了。1849年,德国研究者发现,公鸡被摘除睾丸后,其雄性性征明显消失:鲜红突出的鸡冠逐渐萎缩、不再啼鸣、求偶行为也慢慢消失。如果将睾丸重新移植回去,公鸡的特征又会逐步恢复。经过不断的实验,科学家从动物睾丸中提取出睾酮,经证实,睾酮就是睾丸分泌的雄激素。
一个多世纪以来,在众多科学家前赴后继的努力下,多种内分泌腺和它们分泌的激素陆续被发现,人们逐步认识到了这些激素的来源和作用。
内分泌系统的组成和功能
内分泌系统由相对独立的内分泌腺以及兼有内分泌功能的细胞共同构成。有的内分泌细胞聚集在一起成为内分泌腺体;也有的内分泌细胞分散在一些器官、组织内,如在小肠黏膜上有分泌促胰液素等的众多内分泌细胞;下丘脑中的某些神经细胞,也具有内分泌功能。人体内主要内分泌腺及其分泌的激素如图3-1所示。
下丘脑:分泌促甲状腺激素释放激素、促性腺激素释放激素、促肾上腺皮质激素释放激素等多种激素。这些激素作用于垂体,调控垂体分泌释放相应的激素。
胰腺:其中胰岛内有多种分泌细胞,胰岛B细胞分泌胰岛素、胰岛A细胞分泌胰高血糖素,这两种激素在糖代谢中发挥重要的调节作用。
垂体:接受下丘脑分泌的激素的调节,从而分泌促甲状腺激素、促性腺激素、促肾上腺皮质激素等,分别调节相应的内分泌腺的分泌活动。分泌生长激素,调节生长发育等。
甲状腺:接受垂体分泌的激素的调节,分泌甲状腺激素等;甲状腺激素具有调节体内的有机物代谢、促进生长和发育、提高神经的兴奋性等作用。
肾上腺:接受垂体分泌的激素的调节,分为皮质和髓质两部分,前者主要分泌醛固酮、皮质醇等,调节水盐代谢和有机物代谢。后者可分泌肾上腺素,提高机体的应激能力。
卵巢:接受垂体分泌的激素的调节;分泌的雌激素和孕激素等具有促进女性生殖器官的发育、卵细胞的生成和女性第二性征的出现等作用。
睾丸:接受垂体分泌的激素的调节;分泌的雄激素(主要是睾酮)具有促进男性生殖器官的发育、精子细胞的生成和男性第二性征的出现等作用。
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激素是什么物质呢?研究发现,不同的激素,化学组成不同。例如,胰岛素是一种含有51个氨基酸的蛋白质,而性激素主要是类固醇。
内分泌系统是机体整体功能的重要调节系统。各种内分泌腺间具有复杂的功能联系,共同调节机体活动,包括维持内环境稳定、调节物质和能量代谢、调控生长发育和生殖等。
课后补充:
糖尿病分为1型和2型。