การควบคุมด้วยระบบต่อมไร้ท่อและสารเคมี
สัตว์ต่าง ๆ ประสานงานเนื้อเยื่อที่อยู่ห่างไกลกันด้วยสารเคมีสื่อสาร — ฮอร์โมนภายในร่างกายและสัญญาณระหว่างสัตว์ — และการป้อนกลับช่วยรักษาสภาพแวดล้อมภายในให้คงที่ได้อย่างไร
Definition
การควบคุมด้วยระบบต่อมไร้ท่อคือการควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาด้วยฮอร์โมน — สารเคมีสื่อสารที่หลั่งเข้าสู่ของเหลวในร่างกายและออกฤทธิ์ต่อเซลล์เป้าหมายที่อยู่ห่างไกล — และการควบคุมด้วยสารเคมีในวงกว้างขึ้นยังรวมถึงการบูรณาการสัญญาณเหล่านี้กับระบบประสาทและต่อมไร้ท่อ และการสื่อสารทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิต
Scope
สาขาวิชานี้ครอบคลุมสรีรวิทยาเปรียบเทียบของการควบคุมด้วยสารเคมี: ลักษณะและการทำงานของฮอร์โมน, การบูรณาการการควบคุมของระบบประสาทและระบบต่อมไร้ท่อผ่านระบบประสาทและต่อมไร้ท่อ, วงจรป้อนกลับที่รักษาสมดุลของร่างกาย, และการสื่อสารทางเคมีระหว่างสัตว์ผ่านฟีโรโมนและสัญญาณอื่น ๆ โดยจะกล่าวถึงความหลากหลายของระบบต่อมไร้ท่อในสัตว์ต่าง ๆ และตรรกะทั่วไปของการควบคุมด้วยสารเคมีที่ช้าและแพร่กระจายในวงกว้าง ซึ่งเสริมการควบคุมด้วยระบบประสาทที่รวดเร็ว เนื้อหาเป็นการเปรียบเทียบและกลไกการทำงานมากกว่าการแพทย์ทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- ฮอร์โมนคืออะไร และออกฤทธิ์ต่อเซลล์เป้าหมายได้อย่างไร?
- ระบบประสาทและระบบต่อมไร้ท่อทำงานร่วมกันเพื่อประสานงานร่างกายได้อย่างไร?
- การป้อนกลับช่วยรักษาระดับตัวแปรที่ถูกควบคุมให้คงที่ได้อย่างไร?
- สัตว์สื่อสารทางเคมีระหว่างกันได้อย่างไร?
Key theories
- การควบคุมด้วยฮอร์โมนโดยสารเคมีสื่อสาร
- ฮอร์โมนที่หลั่งจากเนื้อเยื่อต่อมไร้ท่อจะเดินทางในของเหลวในร่างกายเพื่อออกฤทธิ์ต่อเซลล์เป้าหมายที่มีตัวรับจำเพาะ ทำให้เกิดการควบคุมที่ช้า ยั่งยืน และกระจายตัวในวงกว้าง ซึ่งเสริมการส่งสัญญาณของเส้นประสาทที่รวดเร็วและเฉพาะที่
- การควบคุมสมดุลของร่างกายด้วยการป้อนกลับเชิงลบ
- ตัวแปรที่ถูกควบคุมจะถูกรักษาให้อยู่ใกล้จุดที่กำหนดโดยวงจรป้อนกลับเชิงลบ ซึ่งผลลัพธ์จะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงเริ่มต้น ซึ่งเป็นหลักการควบคุมที่เป็นพื้นฐานของแกนต่อมไร้ท่อและการควบคุมสมดุลของร่างกายทั่วทั้งร่างกาย
Mechanisms
เซลล์ต่อมไร้ท่อจะหลั่งฮอร์โมน — เปปไทด์, เอมีน, หรือสเตียรอยด์ — เข้าสู่กระแสเลือดหรือฮีโมลิมฟ์ ซึ่งฮอร์โมนจะไปถึงเซลล์เป้าหมายที่มีตัวรับที่เข้ากัน ฮอร์โมนที่ละลายน้ำได้จะจับกับตัวรับที่ผิวเซลล์และออกฤทธิ์ผ่านกระบวนการส่งสัญญาณแบบทุติยภูมิ (second-messenger cascades) เพื่อให้เกิดผลอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ฮอร์โมนสเตียรอยด์และฮอร์โมนไทรอยด์ที่ละลายในไขมันจะเข้าสู่เซลล์และเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนเพื่อให้เกิดผลที่ช้ากว่าและคงอยู่นานกว่า ผลผลิตของต่อมไร้ท่อถูกควบคุมโดยการป้อนกลับ: ในแกนของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ไฮโปทาลามัสและต่อมใต้สมองจะหลั่งฮอร์โมนที่กระตุ้นต่อมส่วนปลาย ซึ่งผลิตภัณฑ์ของต่อมเหล่านั้นจะย้อนกลับไปยับยั้งการหลั่งเพิ่มเติม ทำให้ระดับฮอร์โมนอยู่ในขอบเขตที่กำหนด เซลล์ประสาทและต่อมไร้ท่อเชื่อมโยงระบบประสาทและระบบต่อมไร้ท่อเข้าด้วยกัน โดยเปลี่ยนสัญญาณประสาทเป็นการหลั่งฮอร์โมน เช่นในการควบคุมต่อมใต้สมองโดยไฮโปทาลามัสและระบบประสาทหลั่งสารในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง นอกเหนือจากแต่ละบุคคล สัตว์ยังปล่อยฟีโรโมนและสัญญาณเคมีอื่น ๆ ที่มีอิทธิพลต่อสรีรวิทยาและพฤติกรรมของสัตว์ชนิดเดียวกัน ซึ่งเป็นการขยายการควบคุมด้วยสารเคมีระหว่างสิ่งมีชีวิต
Clinical relevance
ต่อมไร้ท่อวิทยาเปรียบเทียบได้สร้างหลักการของการทำงานของฮอร์โมนและการป้อนกลับซึ่งเป็นพื้นฐานความเข้าใจการทำงานของต่อมไร้ท่อและความผิดปกติของมัน และการวิจัยการสื่อสารทางเคมีให้ข้อมูลสำหรับการจัดการศัตรูพืชและการอนุรักษ์ ข้อมูลนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์
History
สตาร์ลิง (Starling) เป็นผู้บัญญัติศัพท์ “ฮอร์โมน” ในปี ค.ศ. 1905 หลังจากการค้นพบซีครีติน (secretin) ซึ่งเป็นการยืนยันการควบคุมด้วยสารเคมีผ่านทางเลือด เจฟฟรีย์ แฮร์ริส (Geoffrey Harris) และคณะได้เปิดเผยการควบคุมต่อมใต้สมองโดยระบบประสาท ชาร์เรอร์ส (Scharrers) ได้บันทึกการหลั่งสารจากระบบประสาทในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังและสัตว์มีกระดูกสันหลัง และต่อมไร้ท่อวิทยาเปรียบเทียบได้ทำแผนที่ความหลากหลายและการอนุรักษ์ระบบฮอร์โมนในสัตว์ต่าง ๆ
Key figures
- Ernest Starling
- Geoffrey Harris
- Roger Guillemin
- Berta Scharrer
Related topics
Seminal works
- hill2016
- randall2002
- norris2013
Frequently asked questions
- ฮอร์โมนแตกต่างจากสัญญาณประสาทอย่างไร?
- ฮอร์โมนเป็นสารเคมีสื่อสารที่ถูกพาไปในของเหลวในร่างกาย ออกฤทธิ์ช้าและเข้าถึงเนื้อเยื่อหลายส่วนพร้อมกัน ในขณะที่สัญญาณประสาทนั้นรวดเร็วและมุ่งตรงไปยังเป้าหมายเฉพาะ ระบบทั้งสองทำงานร่วมกันเพื่อประสานงานร่างกาย
- การป้อนกลับเชิงลบในระบบต่อมไร้ท่อคืออะไร?
- เป็นวงจรควบคุมที่ผลของฮอร์โมน หรือผลิตภัณฑ์ที่ฮอร์โมนกระตุ้น จะย้อนกลับไปลดการหลั่งฮอร์โมนนั้นเพิ่มเติม ทำให้ตัวแปรที่ถูกควบคุมอยู่ใกล้จุดที่กำหนดที่คงที่