Обратная связь и регуляция гормональных осей

Обратная связь — это принцип, который поддерживает стабильность гормональных осей: выходной сигнал оси воспринимается и используется для корректировки ее собственного управления. Отрицательная обратная связь, при которой повышение уровня эффекторного гормона подавляет гипоталамус и гипофиз, является доминирующей моделью и поддерживает уровень циркулирующих гормонов вокруг регулируемой заданного значения.

Definition

Эндокринный контроль по принципу обратной связи — это регуляция гормональной оси ее собственным выходным сигналом: эффекторные гормоны воздействуют на гипоталамус и гипофиз, обычно для подавления дальнейшей секреции (отрицательная обратная связь) и иногда для ее усиления (положительная обратная связь), тем самым стабилизируя или переключая уровни гормонов.

Scope

Тема охватывает отрицательную и положительную обратную связь в эндокринных осях, уровни, на которых действует обратная связь (длинные, короткие и ультракороткие петли), идею заданного значения и то, как обратная связь объясняет стабильность и нарушения таких осей, как щитовидная железа, половые железы и надпочечники. Это физиологическая тема, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как отрицательная обратная связь поддерживает гормон на заданном значении?
• Что такое длинные, короткие и ультракороткие петли обратной связи?
• Когда и почему ось использует положительную, а не отрицательную обратную связь?
• Как обратная связь помогает локализовать уровень эндокринного нарушения?

Key concepts

• Отрицательная обратная связь
• Положительная обратная связь
• Заданное значение
• Длинные, короткие и ультракороткие петли
• Обратная связь гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (ГГН) оси
• Обратная связь гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной (ГГТ) оси
• Овуляторный выброс ЛГ
• Гомеостатическая стабильность

Key theories

Регуляция эндокринных осей по принципу отрицательной обратной связи

В каждой гипоталамо-гипофизарной оси периферический эффекторный гормон ингибирует гипоталамическую и гипофизарную секрецию, так что любое отклонение гормона от его заданного значения генерирует корректирующее изменение в управлении, поддерживая циркулирующие уровни в узком диапазоне.

Положительная обратная связь при овуляторном выбросе

Примерно в середине цикла устойчиво высокий уровень эстрогена меняет свое обычное ингибирующее действие и вместо этого стимулирует гипоталамус и гипофиз, вызывая быстрый выброс ЛГ, который запускает овуляцию, что является примером переключающей положительной обратной связи в рамках оси, которая в остальном работает по принципу отрицательной обратной связи.

Mechanisms

В длинной петле обратной связи периферический гормон (например, кортизол или гормон щитовидной железы) действует на гипоталамус и гипофиз, подавляя высвобождающий гормон и тропный гормон, которые стимулируют его собственное производство; падение уровня периферического гормона снимает это ингибирование и восстанавливает секрецию, так что система ведет себя как регулятор, поддерживающий заданное значение. Короткие петли, в которых гормон гипофиза воздействует на гипоталамус, и ультракороткие петли, в которых гипоталамический гормон регулирует свои собственные нейроны, добавляют более тонкий контроль. Большинство осей используют отрицательную обратную связь, но репродуктивная ось также использует положительную обратную связь: устойчиво высокий уровень эстрогена переключается с ингибирующего на стимулирующий гипоталамус и гипофиз, генерируя выброс ЛГ, который вызывает овуляцию, прежде чем возобновится отрицательная обратная связь.

Clinical relevance

Логика обратной связи является основой эндокринного мышления: поскольку тропный гормон и периферический гормон движутся в противоположных направлениях при неповрежденной отрицательной обратной связи, их взаимосвязь используется для определения того, находится ли нарушение в железе или в гипоталамусе и гипофизе. Эта запись объясняет принцип регуляции и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Контроль по принципу обратной связи как организующий принцип эндокринной регуляции установлен в физиологических обзорах отдельных осей, таких как контроль по принципу обратной связи оси ГГН, и в стандартных учебниках по физиологии; овуляторный выброс, основанный на положительной обратной связи, подробно описан в обзорах репродуктивной оси. Эти синтезы, а не какое-либо отдельное исследование, определяют тему.

History

Представление о том, что внутренняя среда активно защищается, восходит к «внутренней среде» Клода Бернара и концепции гомеостаза Уолтера Кэннона. По мере идентификации гипоталамических и гипофизарных гормонов в двадцатом веке контроль по принципу обратной связи стал явной основой для понимания того, как каждая ось поддерживает стабильность, а овуляторный выброс был признан ярким физиологическим случаем положительной обратной связи.

Key figures

• Walter B. Cannon
• Geoffrey Harris
• Andrew V. Schally
• Allan E. Herbison

Seminal works

• keller-wood-2015
• herbison-2018

Frequently asked questions

Почему отрицательная обратная связь так распространена в эндокринных системах?

Потому что она стабилизирует уровни гормонов: любое повышение выше заданного значения подавляет стимул к секреции, а любое падение снимает его, автоматически корректируя отклонения и поддерживая гормон в узком физиологическом диапазоне.

Где в оси действует обратная связь?

Обычно как на гипоталамус, так и на гипофиз (длинная петля), с дополнительными короткими петлями от гипофиза к гипоталамусу и ультракороткими петлями внутри гипоталамуса, обеспечивая контроль на нескольких уровнях.